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.
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.
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
7.2: Классическая механика
СКОРОСТЬ — это мера того, насколько быстро перемещается объект. Обозначает изменение положения во времени (проще говоря, какое расстояние способен преодолеть объект за заданный период времени). Данная мера представлена в единицах расстояния, взятых в единицу времени, например, в количестве миль в час или футов в секунду.
ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ – Скорость может также выражаться во вращении, то есть насколько быстро объект движется по кругу. Измеряется в единицах углового перемещения во времени (то есть в градусах в секунду), или в циклах вращения в единицу времени (например, в оборотах в минуту). Когда измерения представлены в оборотах в минуту (RPM), речь идет о частоте вращения. Есть речь идет об об/мин автомобильного двигателя, это означает, что измеряется скорость вращения двигателя.
УСКОРЕНИЕ – Изменение скорости во времени представляет собой ускорение.
Чем больше ускорение, тем быстрее изменяется скорость. Если автомобиль развивает скорость от 0 до 60 миль в час за две секунды, в этом случае ускорение больше, чем когда он развивает скорость от 0 до 40 миль в час за тот же период времени. Ускорение — это мера изменения скорости. Отсутствие изменения означает отсутствие ускорения. Если объект движется с постоянной скоростью — ускорение отсутствует.
СИЛА — Ускорение является следствием воздействия сил, которые провоцируют изменение в движении, направлении или форме. Если вы нажимаете на объект, это означает, что вы прикладываете к нему силу. Робот ускоряется под воздействием силы, которую его колеса прикладывают к полу. Сила измеряется в фунтах или ньютонах.
Например, масса объекта воздействует на объект как сила вследствие гравитации (ускорение объекта в направлении центра Земли).
КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ – Сила, направленная по кругу (вращение объекта), называется крутящим моментом. Крутящий момент — это вращающая сила.
Если к объекту приложен крутящий момент, на границе первого возникает линейная сила. В примере с колесом, катящемся по земле, крутящий момент, приложенный к оси колеса, создает линейную силу на границе покрышки в точке ее контакта с поверхностью земли. Так и определяется крутящий момент — как линейная сила на границе круга. Крутящий момент определяется величиной силы, умноженной на расстояние от центра вращения (Сила х Расстояние = Крутящий момент). Крутящий момент измеряется в единицах силы, умноженной на расстояние, например, фунто-дюймах или ньютон-метрах.
В примере с колесом, катящемся по земле, если известен крутящий момент, приложенный к оси с закрепленным на ней колесом, мы можем рассчитать количество силы, прикладываемой колесом к поверхности. В этом случае, радиус колеса является расстоянием силы от центра вращения.
Сила = Крутящий момент/Радиус колеса
В примере с рукой робота, удерживающей объект, мы можем рассчитать крутящий момент, требуемый для поднятия объекта.
Если объект обладает массой, равной 1 ньютону, а рука имеет длину 0,25 метра (объект располагается на расстоянии 0,25 метра от центра вращения), тогда
Крутящий момент = Сила х Расстояние = 1 ньютон х 0,25 метра = 0,25 ньютон-метров.
Это означает, что для удержания объекта в неподвижном положении, необходимо применить крутящий момент, равный 0,25 ньютон-метров. Чтобы переместить объект вверх, роботу необходимо приложить к нему крутящий момент, значение которого будет превышать 0,25 ньютон-метров, так как необходимо преодолеть силу гравитации. Чем больше крутящий момент робота, тем больше силы он прикладывает к объекту, тем больше ускорение объекта, и тем быстрее рука поднимет объект.
Пример 7.2
Пример 7.3
Для данных примеров, мы можем рассчитать крутящий момент, необходимый для подъем этих объектов.
Пример 7.2 — Крутящий момент = Сила х Расстояние = 1 ньютон х 0,125 метра = 0,125 ньютон-метров.
Для данного примера, длина рука равна половине длины руки из Примера 1, поэтому значение требуемого крутящего момента также в два раза меньше.
Значение длины руки пропорционально значению требуемого крутящего момента. При равных исходных характеристиках объекта, чем короче рука, тем меньший крутящий момент необходим для подъема.
Пример 7.3 — Крутящий момент = Сила * Расстояние = 1 ньютон х 0,5 метра = 0,5 ньютон-метров.
Для данного примера, длина рука равна удвоенной длине руки из Примера 1, поэтому значение требуемого крутящего момента также в два раза больше.
Еще одна точка зрения относительно ограниченного крутящего момента в соединении руки робота заключается в следующем: более короткая рука сможет поднять объект большей массы, чем более длинная рука; однако, для первой доступная высота подъема объекта будет меньше, чем для второй.
Пример 7.4
Пример 7.5
Эти примеры иллюстрируют руку робота, поднимающую объекты разной массы. Какова взаимосвязь с требуемым количеством крутящего момента?
Пример 4 — Крутящий момент = Сила х Расстояние = ½ ньютона х 0,25 метра = 0,125 ньютон-метров.
Пример 5 — Крутящий момент = Сила х Расстояние = 2 ньютона х 0,25 метра = 0,5 ньютон-метров.
Эти примеры иллюстрируют уменьшение значения требуемого крутящего момента по мере снижения массы объекта. Масса пропорциональна крутящему моменту, необходимому для ее подъема. Чем тяжелее объект, тем больше крутящий момент, требуемый для его подъема.
Проектировщики роботов должны обратить внимание на ключевые взаимосвязи между значениями крутящего момента, длины руки и массы объекта.
РАБОТА – Мера силы, приложенной на расстоянии, называется работой. Например, для удерживания объекта необходимо 10 фунтов силы. Далее, чтобы поднять этот объект на высоту 10 дюймов, требуется определенное количество работы. Количество работы, требуемое для подъема объекта на высоту 20 дюймов, удваивается. Работа также понимается как изменение энергии.
МОЩНОСТЬ — Большинство людей полагает, что мощность является термином из области электрики, но мощность также относится и к механике.
Мощность — это количество работы в единицу времени. Насколько быстро кто-то может выполнить работу?
В робототехнике принято понимать мощность как ограничение, так как соревновательные робототехнические системы имеют ограничения в части выходной мощности. Если роботу требуется поднять массу в 2 ньютона (прилагая 2 ньютона силы), скорость подъема будет ограничиваться количеством выходной мощности робота. Если робот способен произвести достаточное количество мощности, он сможет быстро поднять объект. Если он способен произвести лишь малое количество энергии, подъем объекта будет производиться медленно (либо не будет производиться вообще!).
Мощность определяется как Сила, умноженная на Скорость (насколько быстро выполняется толчок при постоянной скорости), и обычно выражается в Ваттах.
Мощность [Ватты] = Сила [Ньютоны] х Скорость [Метры в секунду]
1 Ватт = 1 (Ньютон х Метр) / Секунда
Как это применяется в соревновательной робототехнике? К проектам роботов применяются определенные ограничения.
Проектировщики соревновательных роботов, использующие систему проектирования VEX Robotics Design, также должны учитывать физические ограничения, связанные с применением электромоторов. Электромотор обладает ограниченной мощностью, поэтому он может производить только определенное количество работы с заданной скоростью.
Примечание: все перспективные концепции имеют базовое описание. Более глубоко обсуждать эти физические свойства учащиеся будут в процессе обучения в ВУЗах, если выберут область STEM в качестве направления обучения.
Что такое крутящий момент двигателя?
Дата: 6 марта 2018 г.
Автолюбителям хорошо известно понятие как мощность двигателя и что измеряется она в «лошадиных силах» (л.с. или просто в «лошадях» и даже в «кобылах»). Отлично понимают, что 100 лошадей прекрасно подойдут для небольшого хэтчбека, но конечно будет мало для чего-то более большого и тяжелого, например, седана или внедорожника. Ну а 600 лошадей конечно многовато для любого авто.
Основной показатель двигателя, это мощность. Мощность показывает на сколько силен мотор. Но сила, а точнее запас сил двигателя напрямую зависит от оборотов. Когда обороты двигателя в 6 000 т.е. при средних, современный двигатель выдаст наибольшую мощность, но на таких оборотах мы по городу не ездим. Для городской езды вполне хватает примерно 3 000 об/мин на нашем тахометре. Выходит, если двигатель нашей машины выдает примерно 100 лошадей на предельном режиме и если мы будем двигаться в городе на средних оборотах, то будем иметь в запасе 50 лошадей.
А кто из автомобилистов знает, что за «зверь» такой крутящий момент двигателя и в чем он измеряется?
Измеряется крутящий момент двигателя в «ньютон метрах» (Нм). Сколько это 100 Нм, плохо это или хорошо, мало это или много? И как понять фразу, что у двигателя целых 200 Нм всего при 1 750 оборотах в минуту. Так что-же это за крутящий момент такой?
Допустим нам понадобилось обогнать кого-либо, 50 лошадей нам уже не хватает и нам нужны все наши 100 лошадей.
Набрать недостающих «лошадок» наш мотор сможет только постепенно. C 3 000 оборотов наш мотор раскрутиться до 4 000 и «лошадок» прибавится примерно на 20 и того имеем уже 70 лошадей. Далее раскручиваемся до 5 000 оборотов и вот уже 90 лошадей. Отсюда следует, что достигнуть наших 100 лошадиных сил по паспорту нам необходимо набрать 6 000 об/мин.
В этом примере, как раз проявляет себя крутящий момент, сосредотачивающий всех «лошадей» нашего мотора в один «лошадиный табун». Скорость набора оборотов зависит прямо пропорционально от крутящего момента двигателя. Чем больше крутящий момент, тем быстрее собирается вся мощь двигателя в единый вектор силы и как следствие ускорение вашей машины значительно увеличится.
На каких оборотах двигатель развивает крутящий момент в полную силу? Предположим максимальный крутящий момент будет выдаваться при 4 000 об/мин, именно до такой величины и нужно раскрутить двигатель, чтобы достичь максимального ускорения автомобиля.
А разгонятся до 4 000 об/мин мотору придется с 2 000 об/мин т.е. с оборотов, поддерживаемых при нормальном движении. На это двигателю нужно время, время которое так иногда не хватает и которое так нужно при обгоне.
Картина меняется если мотор будет выдавать максимальный крутящий момент при 2 000 об/мин. В этом случае вам достаточно просто давить на газ и автомобиль, драгоценное время не будет теряться на раскручивание двигателя и автомобиль легко наберет ускорение.
Крутящий момент также напрямую зависит от объема двигателя. Малолитражки как следствие менее тяговиты. Для примера, на Жигулях с объемом двигателя 1,5 литров или ниже мы хороший крутящий момент конечно не получим. И придется часто переключатся на низкую передачу для искусственного поддержания высоких оборотов. Иначе мотор не будет, как говорят «тянуть».
Вывод: Максимальный крутящий момент двигателя должен быть на низких оборотах. Получается, что всего при 1 750 об/мин мотор развивает максимальные 200 Нм.
Акцент делается именно на малые обороты при которых и развивается такой крутящий момент. Этот параметр называется «тяговитостью» двигателя.
Всё об устройстве двигателя Вам всегда расскажут и покажут наши опытные мастера. В нашем автосервисе отличный ремонт и диагностика двигателя, по отличным ценам. Обращайтесь, звоните и записывайтесь! Будем Вам рады!
Мощность и крутящий момент – что важнее? Разбираемся в деталях
Энцо Феррари как-то сказал: «Лошадиные силы продают автомобили, а крутящий момент выигрывает гонки». И наверняка создатель одних из лучших гоночных автомобилей своего времени что-то да знал. Но так ли все однозначно? Неужели и впрямь количество лошадиных сил – не более, чем красивая цифра для маркетологов, в то время как крутящий момент – по-настоящему важный показатель мотора, на который обращают внимание истинные автомобилисты?
Сегодня с этим можно поспорить. Со времен, когда Энцо Феррари начинал создавать свои прекрасные машины, автомобильный мир изменился.
Дизельные моторы вышли из тени и неслабо так подвинули бензиновые. Даже несмотря на пресловутый “дизельгейт” моторы на тяжелом топливе продолжают пользоваться популярностью, а для некоторых, в том числе и новых моделей их предложено больше, нежели бензиновых. И каждый второй владелец дизеля (по крайней мере, у нас в стране) готов ткнуть носом своих «бензиновых» коллег в превосходство Ньютоно-метров над лошадиными силами (он, конечно, еще и про расход вспомнит). Получается, теперь крутящий момент продает машины, и он же еще и гонки может выигрывать? А на кой черт нам тогда сдались эти лошадиные силы? Ну что же, будем разбираться!
Энцо Ансельмо Феррари — итальянский конструктор, предприниматель и автогонщик. Основатель автомобильной компании «Феррари» и одноимённой автогоночной команды.
Для начала давайте немного познакомимся с нашими сегодняшними противниками. Крутящий момент измеряется в Ньютоно-метрах (Н·м) или килограмм-силах на метр (кгс·м). 1 килограмм-силы на метр приблизительно равен 10 Ньютоно-метрам.
Чтобы понять сколько это, давайте представим, что нам нужно закрутить гайку с усилием, скажем, в те самые десять Ньютоно-метров. Для этого необходимо надеть на нее гаечный ключ и приладить к нему рычаг длиной в один метр, а на его край повесить гирьку массой в 1 кг. Тогда на гайке мы получим крутящий момент равный как раз 10 Н·м. Нетрудно посчитать, что для получения усилия в 1 Н·м нам необходима гирька массой 0,1 кг.
Так создается крутящий момент
С моментом немного разобрались, давайте перейдем к мощности. С ней все несколько сложнее. Согласно определению: «Мощность равна отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени». Значит, мощность характеризует скорость выполнения работы. Чтобы лучше это понять, давайте немного позанудствуем и взглянем на формулу расчета мощности двигателя:
Ne=(Mk×n)÷9549
где Mk – это крутящий момент в Н·м; n – это количество оборотов двигателя за минуту; а число 9549 помогает нам привести результат к нормальным значениям.
Благодаря этой формуле, мы можем рассчитать мощность при любых оборотах, только для этого необходимо знать значение крутящего момента при этих оборотах. Выходит, эти два показателя взаимосвязаны? Да, так и есть. На движение автомобиля влияет усилие, которое генерирует двигатель (крутящий момент), и частота, с которой он его генерирует (обороты). Соотношение этих показателей характеризуется значением мощности мотора. Мощность измеряют в киловаттах или лошадиных силах. В чем между ними разница мы уже разбирались в одном из наших материалов:
Теперь давайте рассмотрим две крайности двигателестроения: дизель от трактора МТЗ-80 и великолепный бензиновый мотор автомобиля Honda S2000. На тракторе установлен четырехцилиндровый дизель объемом 4,75 л. Его максимальная мощность всего лишь 80 л.с, зато крутящий момент – целых 422 Н·м, которые доступны уже с 1500 об/мин. Максимальные же обороты этого двигателя – скромные 2200 об/мин. Дизели, как мы знаем, вообще не любят высокие обороты.
Эти две машины созданы для совершенно разных задач. Трактор – работяга. Ему важен высокий крутящий момент уже на малом ходу. Хонда же – автомобиль для удовольствия. Здесь нужно, чтобы двигатель вез на все деньги.
Бензиновый же мотор Honda S2000 наоборот – обожает их. Он способен крутиться аж до 9200 об/мин, и при объеме всего в два литра выдает целых 250 л.с при 8300 об/мин и немаленькие 218 Н·м при 7300 об/мин. И это без наддува (долгое время этот агрегат был самым высокофорсированным атмосферным двигателем в мире). Выходит, что мотор Honda при меньшем в 2,37 раза объеме имеет почти в два раза меньший момент, и это вполне логично. При этом он почему-то мощнее тракторного в 3,1 раза. Как так получилось? Ведь мы помним, что мощность зависит от крутящего момента. Но зависит она еще и от оборотов, а у трактора они совсем невысокие. Его задача тягать тяжелые веса, для этого нужно большое усилие на колесах и совсем неважна скорость – трактора неспешные ребята.
И вот мы и подошли к сути вопроса.
У трактора двигатель большого объема с большой площадью днища поршня и объемом камеры сгорания, давление в которой у дизельного мотора выше, чем у бензинового. Детали этого двигателя достаточно тяжелые, а кривошипно-шатунный механизм имеет более длинные рычаги. Все это приводит к тому, что дизель уже на невысоких оборотах будет создавать много крутящего момента. Гораздо больше, чем компактный двигатель Хонды. Если провести аналогию, то дизельный мотор трактора – это большой и сильный пауэрлифтер. А двигатель Honda S2000 – это, скорее, спортивный гимнаст. Он не может поднять за раз большой вес, зато он гораздо более быстрый, проворный и может выполнить много работы в короткий промежуток времени.
Только не нужно эту аналогию считать применимой для любого бензинового и дизельного двигателя. Современные дизели далеко ушли от своих предков. Сегодня хорошо настроенный дизель – это тихий, быстрый и очень тяговитый агрегат. Хорошим примером является четырехлитровый V8 с тремя нагнетателями на 435 л.
с. и 900 Нм от концерна VAG. Этот мотор превращает Audi SQ7 в самый мощный дизельный кроссовер на планете и катапультирует его с нуля до первой сотни за 4,8 секунды – проворный, однако, пауэрлифтер!
Этот двигатель делает Audi SQ7 самым мощным серийным дизельным кроссовером в мире
Теперь, когда мы поняли, кто есть кто, давайте разберемся с еще одним обстоятельством. Крутящий момент двигателя, проходя через трансмиссию, изменяется. Например, максимальный крутящий момент мотора ВАЗ-2108 равен 98.4 Н·м. Но на первой передаче на колёсах этот показатель будет увеличен в 14,157 раз (при максимальной нагрузке двигателя и без учета потерь в трансмиссии). Как правило, в традиционных пятиступенчатых коробках передач первые три передачи являются понижающими (т.е они понижают обороты и увеличивают момент), четвертая – прямая, а остальные уже наоборот повышают обороты и понижают момент. Влияние передаточного отношения трансмиссии хорошо известно тем, кому доводилось заниматься доработкой ВАЗовских переднеприводников.
Для них доступны различные комплекты рядов КПП и главной пары. При установке «короткого» ряда (с большим передаточным отношением) автомобиль быстрее разгоняется на первых передачах и лучше преодолевает подъемы, но максимальная скорость уменьшается. Если же наоборот установить комплект с меньшим передаточным числом, то можно несколько увеличить “максималку”, но потерять в разгоне на низших передачах.
Понять, насколько хороший двигатель автомобиля, помогут не значения мощности и момента, а ощущения за рулем
Из этого всего можно сделать вывод, что для автомобиля важны не цифры мощности и момента, а сочетание характеристик двигателя (будь то бензиновый мотор, дизельный или даже гибридная силовая установка) и трансмиссии, и то, насколько они подходят конкретной машине. Только по одним цифрам вообще тяжело выбрать двигатель, ведь в них указывают лишь максимальные значения мощности и момента. Возвращаясь к характеристикам Honda S2000, можно отметить, что максимальный момент у нее достигается при 7300 об/мин.
Но это же не значит, что, скажем, при 3500 об/мин тяги вообще не будет. Многие журналисты, которым посчастливилось поездить на этой машине, и вовсе отмечают, что несмотря на явно высокооборотистый характер ее двигателя, он приемлемо тянет и на низких оборотах. И это подводит нас к неожиданному выводу. Если вы выбираете трактор, то вам нужно знать не его мощность и крутящий момент, а то сколько он способен потянуть (для этого даже специальная характеристика есть: сила тяги на крюке). Мы же, в первую очередь, говорим про легковые авто. И здесь тоже сами по себе цифры момента и мощности мало что значат. Важно то, как машина едет: хороший мотор может быть испорчен плохой коробкой и наоборот. И все это не будет иметь смысла, если установлено на неудачном шасси. Поэтому наш совет: выбирая машину, не зацикливайтесь на цифрах. Проедьтесь на ней, и вам все станет ясно! А также читайте наши тест-драйвы – в них мы детально разбираемся со всеми важнейшими характеристиками автомобиля в деле!
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
что это и за что отвечает?
В характеристиках автомобилей указывают множество параметров, таких как максимальная скорость, мощность, а также крутящий момент двигателя. Если с первыми двумя всё ясно, то о чём говорят цифры крутящего момента, многие водители просто не знают. Для чего же он нужен и как влияет на динамику машины?
Физика движения
Многие водители знают о том, что бензиновые моторы берут лошадиными силами, а дизельные — крутящим моментом. Напомним, что крутящий момент – это произведение силы на длину рычага. В автомобиле этим рычагом является коленчатый вал, именно с него и снимается крутящий момент, который измеряется в ньютонах на метр. Для того чтобы замерить эту силу на двигателе, необходимо приложить к нему нагрузку, например, заставить го что-то тянуть. Чаще всего замер крутящего момента в автомобиле производят путём блокировки колёс и выжиманием полного газа. Чем выше обороты двигателя, тем выше и крутящий момент.
Зачем он нужен в машине?
Мощность и крутящий момент взаимосвязаны в двигателе, они напрямую связаны с оборотами мотора. Размер максимальной мощности влияет на скорость, которую может развить автомобиль. А крутящий момент отвечает за динамику машины. То ускорение, которое получает автомобиль после нажатия на педаль газа, и создаётся благодаря крутящему моменту. Соответственно, чем он выше, тем проще совершать обгоны на трассе и тем быстрее автомобиль разгоняется с места. Чем выше крутящий момент, тем быстрее автомобиль сможет развить свою максимальную мощность и разогнаться до предела.
Выбирая себе новый автомобиль и изучая его технические характеристики, вы должны отдавать предпочтение тем машинам, у которых больший крутящий момент. В обычной городской жизни вы не сможете реализовать все доступные лошадиные силы, а вот большой крутящий момент будет помогать вам на каждом светофоре. Поэтому дизельные моторы привлекают многих автомобилистов тем, что обладают очень хорошей динамикой на низких оборотах и отличной экономичностью.
Фото: интернет-ресурсы
Как выбрать максимальная и номинальная мощность двигателей
В 2010 году европейские и американские производители двигателей прекратили указывать их мощность, ограничившись лишь показателями объема и крутящего момента, выраженного либо в Ньютонах на метр (Н/м) либо в американской системе – футов на фунт (Ft/Lbs). Во втором случае, чтобы получить более привычные для нас единицы, достаточно умножить значение на 1,356. Впрочем, полученные данные все равно не столь очевидны, чтобы сразу сориентироваться в мощности устройства.
Мощность измеряется по формуле P (Вт) = Момент (Н·м) *Частоту вращения (Об/мин) / 9.5492.
Нужно иметь в виду, что максимальная мощность и максимальный момент достигаются при разных оборотах двигателя. Так максимальный момент, как видно из графика, будет на оборотах примерно 2400-2600, а максимальная мощность – при 3600 об/мин. Поэтому, для того, чтобы все-таки узнать на какой мощности у вас работает двигатель, нужно знать, на какие рабочие обороты он настроен, что не все производители указывают.
Серьезные компании двигателей указывают для этого график, аналогичный представленному внизу, или конкретные значения мощности, зависящие оборотов. Если у вас есть регулятор оборотов двигателя, значит, максимальная мощность будет на максимальных оборотах.
Этим различием и пользовались производители двигателей: указывая мощность, которую можно получить при завышенных оборотах (например, 5.0 л.с., которую можно достичь при 4500 об/мин), при этом сам двигатель при постоянной работе был настроен на обороты 3600, выдавая всего 3.5 л.с. Численно мощность от оборотов зависит гораздо больше, чем от момента. Надо также понимать, что при завышении оборотов мощность растет, а крутящий момент падает.
Практически это означает, что для косилки, чем больше мощность, тем на большие обороты можно раскрутить нож или на те же обороты, но более длинный/тяжелый нож. Но при этом, если задрать обороты и соответственно уменьшить крутящий момент, то нож сможет преодолевать все меньшее сопротивление.
То есть наступает ситуация, что при последующем увеличении оборотов, будет уменьшаться крутящий момент, и двигатель будет раньше глохнуть при увеличении сопротивления (нагрузки) и, значит, хуже будет косить густую траву.
Поэтому с 2010 года чаще всего указывается мощность двигателя, работающего в конкретной технике с учетом ее использования и установленным рабочим числом оборотов. На двигателях же указывается только максимальный крутящий момент, на который и стоит ориентироваться, ведь чем он больше, тем лучше устройство будет справляться со своей задачей.
Все это касается нормальных (брендовых) производителей техники. Сейчас все больше и больше появляется двигателей из Китая, как и от европейских производителей (MTD, Emak, Stiga, Al-Ko и т.д.), так и собственно китайских брендов Zongshen, Loncin, Rato, Lifan и других. Также существует большое количество «заказных» марок сделанных на основе аутсорсинга, то есть владелец бренда заказывает двигатели под собственным названием на заводах в Китае.
А тут уже все зависит от добросовестности заказчика/поставщика этих агрегатов. По вашей просьбе и за ваши деньги в Китае вам напечатают любой паспорт и наклейки с любыми цифрами. Поэтому, покупая культиватор/косилку с гордой надписью 7-8 л.с. с китайским мотором, вы можете получить двигатель реальной мощности 4-5 л.с. Но так как в России потребитель в первую очередь выбирает технику по мощности, то наша компания, по возможности, указывает для бензиновой техники с четырехтактными двигателями две мощности: максимальную — завышенная мощность, которую указывали до 2010 года и продолжают указывать некоторые производители/продавцы для увеличения привлекательности своего товара, и номинальную (реальную). Но номинальную мощность, к сожалению, указывают не все производители или указывают завышенную, выдавая ее за номинальную. При этом этот параметр можно замерить только в заводских условиях, поэтому не во всех товарах есть возможность указать данную характеристику.
Также мы рекомендуем в первую очередь обращать внимание на крутящий момент и объем двигателя.
Учитывая, что двигатели на садовой технике сконструированы достаточно просто (нет никакого турбо наддува, форсажа и т.д.), то с одного объема невозможно снять больше мощности на 30-50%.
Крутящий момент и мощность – основные характеристики двигателя — Автомобильный журнал АВТОГИД 174
Крутящий момент и мощность – основные характеристики двигателя
Итак, что же это за основные характеристики и на что они влияют. Если с мощностью более-менее понятно и среднестатистический автолюбитель скажет, что для бюджетного хатчбека 100 лошадиных сил вполне хватает, то с крутящим моментом начинается полная неразбериха.
Мощность автомобиля характеризует его скоростные качества – чем выше мощность, тем выше можно развить скорость. Так уж повелось, что в автомобильном мире мощность принято измерять лошадиными силами. Однако, мощность двигателя является величиной не постоянной и напрямую зависит от его оборотов. Другими словами, на низких оборотах в работе двигателя задействован далеко не весь «табун лошадей», а только некоторая его часть.
Так для бензиновых двигателей большинства современных автомобилей максимальная мощность (которую указывают в паспорте) достигается при 5000-6000 оборотах в минуту, а для дизельных – 3000-4000. Однако, в повседневной городской езде обороты двигателя, как правило, ниже, а значит, ниже мощность. А теперь представим, что нам надо ускориться для обгона – мы нажимаем на педаль и обнаруживаем, что «автомобиль не едет». В чем же причина? Причина – в крутящем моменте.
Крутящий момент – это произведение силы на плечо рычага, к которому она приложена, Мкр = F х L. Сила измеряется в ньютонах, рычаг – в метрах. 1 Нм – крутящий момент, который создает сила в 1 Н, приложенная к концу рычага длиной 1 м. В двигателе внутреннего сгорания роль рычага исполняет кривошип коленчатого вала. Сила, рождаемая при сгорании топлива, действует на поршень, через который и создает крутящий момент. В контексте настоящей статьи крутящий момент есть величина, определяющая насколько быстро двигатель может набрать максимальную мощность.
Нетрудно догадаться, что именно эта величина характеризует динамику разгона. Также как и мощность, максимальный крутящий момент указывается для конкретных оборотов двигателя. При этом важным параметром является не столько величина момента, сколько обороты, на которых он достигается. Например, для резкого ускорения при спокойной езде (2000-2500 об./мин.) более предпочтителен тот двигатель, крутящий момент которого достигается на низких оборотах – нажал на педаль и машина выстрелила.
Известно, что серийные бензиновые двигатели развивают не самый большой крутящий момент, при этом максимальное значение достигается только на средних оборотах (обычно 3000-4000). Зато бензиновые двигатели могут раскручиваться до 7-8 тыс. об./мин., что позволяет им развивать довольно большую мощность. В противоположность таким моторам «тихоходные дизели», развивающие не более 5 000 об./мин., обладают внушительным моментом, доступным практически с самых «низов», при этом проигрывают в максимальной мощности.
И на десерт капелька математики. Мощность двигателя можно рассчитать по формуле:
P = Mкр*n/9549 [кВт],
где Mкр – крутящий момент двигателя (Нм), n – обороты коленчатого вала двигателя (об./мин.).
Для получения лошадиных сил необходимо полученный результат умножать на коэффициент 1,36.
На практике известно, что мощность двигателя в большей степени зависит от оборотов, потому что эту величину «проще нарастить», чем крутящий момент.
Сухой остаток: для максимальной скорости важна мощность двигателя, а для ускорения – крутящий момент. При этом важной характеристикой являются обороты двигателя, на которых этот крутящий момент максимален, то есть на которых возможно максимальное ускорение.
Источник: CAR-TALES.RU
Что такое крутящий момент? Все о крутящем моменте: определение, уравнения и единицы измерения
Крутящий момент — это слово, которое свободно обсуждают производители автомобилей, рекламодатели и обозреватели, и оно не менее важно, чем другие цифры в заголовках, с которыми вы столкнетесь, как лошадиные силы.
Однако реклама крутящего момента не всегда была данностью — посмотрите на рекламу автомобилей 1980-х годов, и вы обнаружите, что о ней почти не упоминалось.
Это в основном из-за лишнего веса новых автомобилей. Современные двигатели настолько загружены технологиями, комфортом и комплектом безопасности, что весят гораздо больше, чем их аналоги десятилетней давности.Это означает, что этим автомобилям требуется больше силы или крутящего момента, чтобы заставить их двигаться.
Крутящий момент определяется как сила вращения двигателя. Вы можете заметить, что крутящий момент — как и мощность — всегда выражается при определенной частоте вращения двигателя. Например, Ford Fiesta Ecoboost развивает максимальный крутящий момент в диапазоне от 1400 до 4000 об / мин. Вообще говоря, автомобиль будет чувствовать себя более отзывчивым, когда пик крутящего момента будет развиваться на низком уровне в диапазоне оборотов, но многим людям нравятся высоконагруженные двигатели, которые необходимо резко увеличить, прежде чем они разовьют максимальный крутящий момент.
Крутящий момент становится все более важным, когда автомобили становятся больше и тяжелее. Крошечный городской автомобиль может легко путешествовать с очень небольшим крутящим моментом, в то время как большой внедорожник или фургон требует много усилий, чтобы заставить его двигаться. Вот почему более крупные автомобили, как правило, оснащаются дизельными двигателями — дизели обеспечивают больший крутящий момент на более низких оборотах, чем бензиновые двигатели.
Что такое крутящий момент?
Говоря простым языком, крутящий момент — это сила вращения двигателя. Он отличается от лошадиных сил, поскольку относится к количеству работы, которую может выполнить двигатель, в то время как лошадиные силы определяют, насколько быстро эта работа может быть выполнена.Вот почему крутящий момент в простонародье часто называют «тяговое усилие», «мощь» или «ворчание».
Крутящий момент обычно измеряется в Ньютон-метрах (Нм) или фунт-футах (фунт-фут) — последнее не следует путать с фут-фунтами (фут-фунт), поскольку один фут-фунт относится не к крутящей силе, а до количества энергии, необходимого для поднятия 1 фунта веса на расстояние 1 фут.
В частности, крутящий момент фактически измеряет величину силы, необходимой для поворота объекта (например, при затягивании крышки бутылки с газированной водой, гайки колеса или болта головки блока цилиндров).Или, в случае двигателя, он измеряет, сколько крутящего усилия доступно на коленчатом валу при любых заданных оборотах двигателя (RPM).
• Автомобили Cat D и Cat C: объяснение списания страховых сумм
В автомобиле мощность — это мера того, насколько быстро двигатель может развивать тот же крутящий момент с течением времени, поэтому чем больше (обоих) у вас есть, тем быстрее ты сможешь ускориться. Одна лошадиная сила (л.с.) — это абсолютно произвольная единица, придуманная инженером Джеймсом Ваттом. Это эквивалентно тому, что одна лошадь поднимает вес 33 000 фунтов на высоту 12 дюймов за одну минуту — или 33 000 фут-фунтов в минуту.Метрический эквивалент (PS) равен 4500 кгм в минуту или 0,97 л.с.
Тормозная мощность (л.с.) немного ниже, чем л.с., но, возможно, является более точным показателем, поскольку учитывает мощность, потерянную из-за внутреннего трения двигателя.
Основные уравнения крутящего момента
Допустим, мы используем гаечный ключ длиной 0,5 м для затяжки колесной гайки, и нам нужно опереться на дальний конец гаечного ключа с силой в 50 Ньютонов, чтобы затянуть гайку. Простое умножение двух чисел дает нам необходимое значение крутящего момента в Ньютон-метрах:
50 (Н) x 0.5 (м) x = 25 Нм крутящего момента
Если вы хотите сохранить старый добрый образ, вы можете измерять расстояние в футах и силу в фунтах. На этот раз наш гаечный ключ может быть 18 дюймов (1½ фута), и мы прикладываем 20 фунтов силы на дальнем конце:
20 (фунт) x 1½ (фут) = 30 фунт-фут крутящего момента
Итак, что значит двигатель крутящий момент похож?
Если двигатель развивает крутящий момент 500 Нм, мы можем использовать аналогичную визуализацию в обратном направлении, чтобы помочь понять задействованные силы. Чтобы такой двигатель не вращался, потребуется гаечный ключ длиной один метр, прикрепленный к коленчатому валу, с приложением силы 500 Ньютон на другом конце.
Поскольку один килограмм создает силу притяжения Земли примерно в 9,8 Ньютона, это означает, что вам понадобится 50-килограммовый жокей, чтобы стоять на конце. Или Аллан Макниш.
• Автосинхронизация: разрешена ли корректировка пробега?
Если это не кажется большим усилием, чтобы остановить двигатель, развивающий тяжелые 500 Нм, не забывайте, что крутящий момент на колесах значительно увеличивается за счет снижения оборотов двигателя. Значит, жокей мог заглушить двигатель, но не мог остановить машину!
Что лучше: крутящий момент или мощность?
Крутящий момент и мощность очень тесно связаны, потому что в двигателе внутреннего сгорания одно без другого не может быть.Снова дело в математике, поскольку HP рассчитывается следующим образом:
HP = Крутящий момент x RPM ÷ 5252
Это означает, что если вы сравните два двигателя с разным выходным крутящим моментом, двигатель с более высоким крутящим моментом всегда будет вырабатывать больше лошадиных сил на любом данном двигателе.
скорость.
Однако многие двигатели с высоким крутящим моментом не рассчитаны на такие высокие обороты (подумайте о мощном дизеле), поэтому показатели конечной мощности часто оказываются под угрозой. Напротив, спортивный бензиновый автомобиль с высокими оборотами может быть спроектирован так, чтобы иметь более низкий крутящий момент, но его исключительная мощность на высоких оборотах двигателя позволяет ему двигаться быстрее.
• Как сдать экзамен по теории вождения
Вот почему для повседневного вождения мощность и гибкость двигателя с высоким крутящим моментом часто более полезны — и это жизненно важно, когда вам нужен автомобиль для буксировки больших прицепов или перевозки тяжелых грузов.
При нормальном вождении крутящий момент часто более важен, чем мощность, поэтому мы уделяем ему так много внимания в наших обзорах автомобилей.
Можете ли вы объяснить крутящий момент не более 25 слов? Заходите в раздел комментариев ниже…
Крутящий момент (момент)
Силу можно рассматривать как толчок или
тянуть в определенном направлении.
Когда к объекту прикладывается сила,
результирующее движение объекта зависит от того, где
сила приложена и как объект удерживается.
Если объект не ограничен и сила приложена через
центр гравитации,
объект движется в чистом виде
перевод,
как описано Ньютоном
законы движения.Если объект ограничен (или закреплен) в некотором месте, называемом стержень , объект
вращается
насчет стержня, но не переводит.
Усилие передается через стержень
а детали вращения зависят от расстояния от
приложенное усилие к оси.
Если объект неограничен и сила приложена
расстояние от центра тяжести, объект как переводит
и вращается вокруг центра тяжести.
Детали вращения зависят от расстояния от
приложенная сила к центру тяжести.Движение летающих объектов
описанный
этим третьим типом движения; комбинация перевода и вращения.
Сила F — это
векторная величина,
что означает, что он имеет как величину, так и
направление, связанное с ним. В
направление силы
важно, потому что результирующее движение объекта
находится в том же направлении, что и сила.
M
назвал крутящий момент или момент .Крутящий момент также является векторной величиной и производит вращение.
так же, как сила производит перевод. А именно объект на
покой или вращение с постоянной угловой скоростью, будет продолжать делать это
пока он не подвергнется внешнему крутящему моменту. Крутящий момент вызывает изменение
в угловой скорости, которая называется угловым ускорением.
Расстояние L , используемое для определения крутящего момента T , является расстоянием от шарнир p к силе, но измеряется перпендикулярно к направление силы.На рисунке мы показываем четыре примера крутящих моментов, чтобы проиллюстрировать основные принципы, регулирующие крутящие моменты. В каждом примере синий груз W воздействует на красную полосу, которая называется рука.
В примере 1 сила (вес) приложена перпендикулярно
к руке. В этом случае перпендикулярное расстояние — это длина
бар, а крутящий момент равен произведению длины и силы.
Т = F * L
В примере 2 к руке приложена такая же сила, но сила теперь действует прямо через стержень.В этом случае расстояние от оси перпендикулярно силе равно нулю. Значит, и в этом случае крутящий момент также равен нулю. Представьте себе распашную дверь. Если вы нажмете край двери, в сторону петли, дверь не двигается потому что крутящий момент равен нулю.
Пример 3 — общий случай, когда сила прилагается под некоторым углом a к рука. Перпендикулярное расстояние определяется выражением тригонометрия как длина плеча (L), умноженная на косинус (cos) угла.Тогда крутящий момент определяется по формуле:
Т = F * L * cos (а)
Примеры 1 и 2 могут быть получены из этой общей формулы, так как косинус 0 градусов составляет 1,0 (Пример 1), а косинус 90 градусов равен 0,0 (Пример 2).
В примере 4 точка поворота была перемещена с конца стержня на
место около середины бара. Вес добавлен с обеих сторон
оси.
Справа один груз W создает силу F1 , действующую
на расстоянии L1 от оси.Это создает крутящий момент T1 , равный
произведение силы и расстояния.
Т1 = F1 * L1
Слева от Поверните два груза W и , создайте усилие F2 на расстоянии L2 . Это производит крутящий момент T2 в направлении, противоположном T1, поскольку расстояние находится в противоположном направлении.
Т2 = F2 * L2
Если бы система находилась в состоянии равновесия , или сбалансирован, крутящие моменты будут равны, и на систему не будет действовать чистый крутящий момент.
T1 = T2 или T1 — T2 = 0
F1 * L1 = F2 * L2
Если система не находится в равновесии или неуравновешена, стержень вращается. вокруг оси в направлении большего крутящего момента. Если F2 = 2 * F1, какова связь между L1 и L2, чтобы сбалансировать систему? Если F2 = 2 * F1, и L1 = L2, в каком направлении будет вращаться система?
Инженеры-авиастроители используют крутящий момент, создаваемый аэродинамическими поверхностями.
для стабилизации и управления самолетом.В самолетах рули производят
аэродинамические силы.
Эти силы действуют на некотором расстоянии от
самолет cg
и поэтому
заставить летательный аппарат вращаться. В
лифты производят
момент качки,
руль направления
момент рыскания, и
элероны производят
момент качения. Возможность варьировать количество
сила и момент позволяют пилоту маневрировать или
обрезать самолет.
На модельных ракетах
плавники
используются для создания крутящего момента вокруг ракеты
центр гравитации
предоставлять
стабильность
во время полета с двигателем.На воздушных змеях аэродинамические и весовые силы
производить крутящий момент вокруг
уздечка.
Расстояние от точки уздечки и величина
сил оказывает сильное влияние на
спектакль
воздушного змея.
Активности:
Экскурсии
Навигация ..
- Руководство для начинающих Домашняя страница
Крутящий момент в физике: определение и примеры
Крутящий момент (также известный как момент или момент силы) — это стремление силы вызывать или изменять вращательное движение тела.
Это сила скручивания или поворота объекта. Крутящий момент рассчитывается путем умножения силы на расстояние. Это векторная величина, то есть она имеет как направление, так и величину. Либо угловая скорость для момента инерции объекта изменяется, либо и то, и другое.
Ед. Крутящего момента
В Международной системе единиц измерения (единицы СИ) для крутящего момента используется ньютон-метр или Н * м. Несмотря на то, что ньютон-метры равны джоулям, поскольку крутящий момент не является работой или энергией, поэтому все измерения должны быть выражены в ньютон-метрах.В расчетах крутящий момент обозначается греческой буквой тау: τ . Когда его называют моментом силы, он обозначается как M . В имперских единицах измерения вы можете видеть фунт-сила-фут (lb⋅ft), что может быть сокращено как фунт-фут с подразумеваемым словом «сила».
Как работает крутящий момент
Величина крутящего момента зависит от приложенной силы, длины плеча рычага, соединяющего ось с точкой приложения силы, и угла между вектором силы и плечом рычага.
Расстояние — это плечо момента, часто обозначаемое r. Это вектор, указывающий от оси вращения к месту действия силы. Чтобы создать больший крутящий момент, вам нужно приложить силу дальше от точки поворота или приложить больше силы. Как сказал Архимед, имея место для стояния с достаточно длинным рычагом, он мог перемещать мир. Если вы толкаете дверь рядом с петлями, вам нужно приложить больше силы, чтобы открыть ее, чем если бы вы давили на дверную ручку на два фута дальше от петель.
Если вектор силы θ = 0 ° или 180 °, сила не вызовет вращения на оси.Он будет либо отталкиваться от оси вращения, потому что находится в том же направлении, либо отталкиваться к оси вращения. Значение крутящего момента для этих двух случаев равно нулю.
Наиболее эффективные векторы силы для создания крутящего момента — это θ, = 90 ° или -90 °, которые перпендикулярны вектору положения. Это будет способствовать увеличению вращения.
Правило правой руки для крутящего момента
Сложность работы с крутящим моментом заключается в том, что он рассчитывается с использованием векторного произведения.
Крутящий момент направлен в направлении угловой скорости, которую он мог бы создать, поэтому изменение угловой скорости происходит в направлении крутящего момента. Правой рукой согните пальцы руки в направлении вращения, вызванного силой, а большой палец будет указывать в направлении вектора крутящего момента.
Полезный крутящий момент
В реальном мире вы часто видите, что на объект действует несколько сил, вызывающих крутящий момент. Чистый крутящий момент — это сумма отдельных крутящих моментов.Во вращательном равновесии на объект отсутствует чистый крутящий момент. Могут быть отдельные крутящие моменты, но они в сумме равны нулю и компенсируют друг друга.
Источники и дополнительная информация
- Джанколи, Дуглас К. «Физика: принципы с приложениями», 7-е изд. Бостон: Пирсон, 2016.
- Уокер, Джерл, Дэвид Холлидей и Роберт Резник. «Основы физики», 10-е изд. Лондон: John Wiley and Sons, 2014. .
Что такое крутящий момент в автомобилях
Крутящий момент — это крутящая сила, которая связана с силой вращения двигателя и измеряет, какая часть этой крутящей силы доступна, когда двигатель работает.
Крутящий момент присутствует в повседневных делах, таких как управление дверной ручкой, открытие бутылки с содовой, использование гаечного ключа или крушение педали на велосипеде. Именно крутящий момент выполняет свою работу!
Давайте разберемся дальше. Представьте, что вы затягиваете болт с помощью гаечного ключа. Вы приложите некоторое усилие к концу гаечного ключа, которое передается на болт на другом конце. При этом к болту прилагается крутящий момент или скручивающая сила.
В то время как мощность измеряется просто в лошадиных силах, крутящий момент обычно измеряется в фунтах-футах (фунт-фут).-фт).
Вот как это работает. Если мы продолжим наш пример с гаечным ключом, и вы представите, что используете специальный гаечный ключ длиной один фут для затяжки болта. Приложение силы в один фунт к концу этого гаечного ключа длиной в один фут вызывает на болт крутящий момент в один фунт-фут. Увеличить крутящий момент можно, увеличив вес или используя более длинный гаечный ключ.
Гайки крепления колес к автомобилю обычно необходимо затягивать с крутящим моментом около 100 фунт-фут — это означает, что оператор должен приложить силу 100 фунтов к концу гаечного ключа длиной в фут.
Как работает крутящий момент в автомобилеВсе двигатели, будь то бензиновые или гибридные, вырабатывают определенную мощность и крутящий момент. Они связаны друг с другом и по-разному выражают мощность двигателя. Крутящий момент даже используется при расчете мощности двигателя. И мощность, и крутящий момент измеряются, чтобы дать покупателям представление о производительности, которую они могут ожидать от своего автомобиля.
Двигатели обычных легковых и грузовых автомобилей обычно генерируют от 100 до 400 фунтов.-фут крутящего момента. Этот крутящий момент создается поршнями внутри двигателя, когда они совершают возвратно-поступательное движение вверх и вниз на коленчатом валу двигателя, заставляя его непрерывно вращаться (или скручиваться).
Затем этот крутящий момент передается на колеса автомобиля через трансмиссию и трансмиссию.
Выходной крутящий момент зависит от многих переменных, включая размер двигателя и то, как он предназначен для работы.
Проще говоря, чем больше крутящий момент у двигателя, тем лучше он подходит для тяжелых работ, таких как буксировка, буксировка или подъем на крутые склоны.Вот почему крутящий момент часто имеет первостепенное значение при перемещении чего-то большого и тяжелого, например, грузовика с прицепом.
Крутящий момент и мощность в лошадиных силах — в чем разницаЛошадиная сила и крутящий момент — разные способы выражения производительности двигателя транспортного средства.
лошадиных сил демонстрируют общую мощность двигателя в любых условиях. И наоборот, выходной крутящий момент отражает пиковую мощность, доступную для этого двигателя в конкретный момент, когда он выполняет свою самую тяжелую работу.
Для иллюстрации представим, что вы покупаете новую стереосистему.
Вы можете подумать, насколько громко идет стерео. Максимальный уровень громкости, возможный при длительном воспроизведении, подобен мощности двигателя: это хороший показатель мощности стереосистемы.
Теперь рассмотрим басы стерео. Бас — это часть впечатления от прослушивания, которая играет на максимальной громкости (лошадиных силах), хотя басы, скорее всего, будут оцениваться по пиковому уровню «удара», создаваемому на короткое время.
Таким образом, мощность в лошадиных силах похожа на громкость стереосистемы, а крутящий момент — на басы: стоит знать оба атрибута, и для определенных типов музыки (или транспортных средств) один может быть важнее другого.
Ключевые различия между мощностью и крутящим моментомлошадиных сил позволяет измерить общую производительность двигателя. Крутящий момент обеспечивает простое измерение максимальной крутящей силы, которую может создать двигатель при напряженной работе.
Вот почему у пикапов есть двигатели с высоким крутящим моментом, которые развивают больший крутящий момент, чем небольшой автомобиль.
Например, 5,7-литровый двигатель i-FORCE V8 Toyota Tundra развивает мощность 381 л.с. и мощный крутящий момент в 401 фунт-фут. Такой высокий уровень крутящего момента дает водителям множество возможностей для выполнения сложной работы, такой как буксировка, буксировка и подъем на крутые склоны.
И наоборот, Toyota Corolla Hatchback поставляется с четырехцилиндровым двигателем Dynamic Force , мощностью 168 лошадиных сил и 151 фунт-фут крутящего момента. В этом автомобиле нет необходимости в высоком крутящем моменте, а экономия топлива является приоритетом, поэтому инженеры устанавливают мощность и крутящий момент, чтобы сбалансировать приятные характеристики с отличной топливной экономичностью.
Наконец, рассмотрим гибридный автомобиль, в котором используется бензиновый двигатель, усиленный электродвигателем.
Электродвигатели — суперзвезды крутящего момента, поскольку они мгновенно обеспечивают полный выходной крутящий момент.
Вы увидите это в следующий раз, когда воспользуетесь своим блендером: в тот момент, когда вы включите его, его электродвигатель немедленно и без ожидания приложит максимальный крутящий момент к вращающимся лезвиям.
Именно тот же мгновенный и мощный выходной крутящий момент помогает гибридным автомобилям, таким как Toyota Prius , Corolla Hybrid и RAV4 Hybrid , снижать расход топлива и улучшать характеристики.
Что такое крутящий момент? | Блог Groschopp
Определение крутящего момента
Сначала поясним, что сила и крутящий момент — это разные вещи. Сила — это когда вы толкаете или тянете объект, тогда как крутящий момент включает вращение объекта. По определению, крутящий момент — это мера силы вращения или скручивания. Это означает, что когда вы пытаетесь повернуть что-то вокруг оси, вы создаете крутящий момент. Примером этого может быть использование отвертки для поворота винта.Если отвертку легко повернуть, для ее поворота потребуется лишь небольшой крутящий момент.
Если поворот затруднен, требуется больший крутящий момент. Однако крутящий момент не требует движения. Если винт, который вы пытаетесь повернуть, заржавел и не двигается, крутящий момент все еще был приложен при попытке повернуть винт.
Крутящий момент и двигатели
Двигатели используются для вращения чего-либо, создавая крутящий момент. Они могут напрямую приводить в движение объект или создавать вращение через звездочку или цепь.При выборе двигателя необходимо знать, какой крутящий момент должен иметь приложение, чтобы двигатель перемещал нагрузку или работал по мере необходимости.
Примером высокого крутящего момента может быть кресельный подъемник для жилых помещений, когда двигатель запускается, когда человек сидит на сиденье. Этот высокий крутящий момент будет вращать двигатель и поднимать всадника вверх по лестнице.
Применение с низким крутящим моментом — это конвейер, работающий с небольшой нагрузкой, например, пустые бутылки. На конвейере небольшой вес, поэтому для вращения двигателя не требуется много усилий.
Как определить крутящий момент
Крутящий момент определяется умножением силы на расстояние.
Момент = сила x расстояниеДавайте посмотрим на пример. На рисунке 1 расстояние (x) равно радиусу круга, а сила (f) — это вес, давящий на круг. Необходимый крутящий момент (T) находится путем умножения двух переменных.
Одна переменная, которую следует учитывать при вычислении крутящего момента, — это расстояние до «рычага», используемого для приложения силы.Чем длиннее «рычаг», тем меньше крутящего момента требуется для поворота объекта. Когда вы прикладываете прямой крутящий момент к объекту, например к резьбовой гайке с помощью гаечного ключа с короткой ручкой, для закручивания гайки потребуется больше силы, чем если бы гаечный ключ имел длинную ручку.
Для данной скорости, чем больше крутящий момент используется, тем больше мощности требуется для вращения конкретного объекта. В случае двигателей это применяется, когда приложению требуется подъем, вращение, вращение или любое другое движение, имеющее круговое движение.
Крутящий момент часто является одним из наиболее важных входных параметров при проектировании, но при выборе двигателя следует учитывать и другие важные факторы: напряжение, скорость и мощность.
Крутящий момент и угловое ускорение | Безграничная физика
Взаимосвязь между крутящим моментом и угловым ускорением
Крутящий момент равен моменту инерции, умноженному на угловое ускорение.
Цели обучения
Выразите взаимосвязь между крутящим моментом и угловым ускорением в форме уравнения
Основные выводы
Ключевые моменты
- Когда к объекту прилагается крутящий момент, он начинает вращаться с ускорением, обратно пропорциональным его моменту инерции.
- Это соотношение можно рассматривать как второй закон Ньютона для вращения. Момент инерции — это масса вращения, а крутящий момент — сила вращения.
- Угловое движение подчиняется Первому закону Ньютона. Если никакие внешние силы не действуют на объект, объект в движении остается в движении, а объект в состоянии покоя остается в покое.
Ключевые термины
- угловое ускорение : Скорость изменения угловой скорости, часто обозначаемая α.
- крутящий момент : вращательное или скручивающее действие силы; (Единица СИ ньютон-метр или Нм; британская единица измерения фут-фунт или фут-фунт)
- инерция вращения : Тенденция вращающегося объекта оставаться вращающимся, если к нему не приложен крутящий момент.
Крутящий момент и угловое ускорение связаны следующей формулой, где — момент инерции объекта, а [latex] \ alpha [/ latex] — угловое ускорение.
Крутящий момент, угловое ускорение и роль церкви во Французской революции : Почему вещи меняют свою угловую скорость? Скоро ты узнаешь.
Так же, как Второй закон Ньютона, согласно которому сила равна массе, умноженной на ускорение, крутящий момент подчиняется аналогичному закону.Если вы замените крутящий момент силой, а инерцию вращения — массой, а угловое ускорение — линейным ускорением, вы получите второй закон Ньютона. Фактически, это уравнение является вторым законом Ньютона, примененным к системе частиц, вращающихся вокруг данной оси. Он не делает никаких предположений о постоянной скорости вращения.
Чистый крутящий момент вокруг оси вращения равен произведению инерции вращения вокруг этой оси и углового ускорения, как показано на Рисунке 1.
Рисунок 1 : Взаимосвязь между векторами силы (F), крутящего момента (τ), импульса (p) и углового момента (L) во вращающейся системе
Подобно Второму закону Ньютона, угловое движение также подчиняется Первому закону Ньютона.Если никакие внешние силы не действуют на объект, объект в движении остается в движении, а объект в состоянии покоя остается в покое.
С вращающимися объектами мы можем сказать, что, если не будет приложен внешний крутящий момент, вращающийся объект будет продолжать вращаться, а неподвижный объект не начнет вращаться.
Если бы проигрыватель вращался против часовой стрелки (если смотреть сверху), и вы приложили пальцы к противоположным сторонам, проигрыватель начал бы замедлять свое вращение. По крайней мере, с точки зрения поступательного движения, к поворотному столу не будет прилагаться результирующая сила.Сила, указывающая на одну сторону, будет отменена силой, указывающей на другую. Силы двух пальцев компенсируются. Следовательно, поворотный стол будет в поступательном равновесии. Несмотря на это, скорость вращения будет уменьшена, что означает, что ускорение больше не будет нулевым. Из этого мы можем сделать вывод, что только потому, что вращающийся объект находится в поступательном равновесии, он не обязательно находится в вращательном равновесии.
Honors Rotational Kinematics
Крутящий момент
Крутящий момент (τ) — это сила, заставляющая объект поворачиваться.
Если вы думаете об использовании гаечного ключа для затягивания болта, то чем ближе к болту вы прикладываете усилие, тем сложнее повернуть ключ, а чем дальше от болта вы прикладываете усилие, тем легче поворачивать гаечный ключ. . Это происходит потому, что вы создаете больший крутящий момент, когда прикладываете силу на большем расстоянии от оси вращения.
Рассмотрим пример поворота гаечным ключом болта. На расстоянии от оси вращения приложена сила.Назовите это расстояние r. Когда вы прикладываете силы под углом 90 градусов к воображаемой линии, ведущей от оси вращения к точке приложения силы (известной как линия действия), вы получаете максимальный крутящий момент. По мере уменьшения угла, под которым прилагаемая сила (θ), уменьшается и крутящий момент, заставляющий болт поворачиваться. Следовательно, вы можете рассчитать прилагаемый крутящий момент как:
В некоторых случаях физики будут называть rsinθ плечом рычага или плечом момента системы.
Плечо рычага — это перпендикулярное расстояние от оси вращения до точки приложения силы. С другой стороны, вы можете думать о крутящем моменте как о составляющей силы, перпендикулярной рычагу, умноженной на расстояние r. Единицы крутящего момента — это единицы силы × расстояние или Ньютон-метры (Н · м).
Вопрос: Капитан пиратов берет штурвал и вращает штурвал своего корабля, прикладывая к спице колеса усилие в 20 Ньютонов.Если он применяет силу в радиусе 0,2 метра от оси вращения под углом 80 ° к линии действия, какой крутящий момент он прикладывает к колесу?
Ответ:
Вопрос: Механик затягивает проушины на шине, прикладывая крутящий момент 110 Н · м под углом 90 ° к линии воздействия. Какая сила прилагается, если гаечный ключ равен 0.
Ответ:
Вопрос: Какой длины должен быть гаечный ключ, если механик может приложить усилие только в 200 Н?
Ответ:
4 метра в длину?Объекты, которые не имеют ускорения вращения или нулевого крутящего момента, считаются находящимися в состоянии равновесия вращения. Это означает, что любой чистый положительный (против часовой стрелки) крутящий момент уравновешивается равным результирующим отрицательным (по часовой стрелке) крутящим моментом.
Момент инерции
Ранее инерционная масса объекта (его поступательная инерция) определялась как способность этого объекта сопротивляться линейному ускорению. Точно так же инерция вращения объекта или момент инерции описывает сопротивление объекта ускорению вращения. Символ момента инерции объекта — I.
Объекты, большая часть массы которых находится вблизи оси вращения, имеют небольшую инерцию вращения, в то время как объекты с большей массой, расположенные дальше от оси вращения, имеют большую инерцию вращения.
Для обычных объектов вы можете найти формулу для их момента инерции. Для более сложных объектов момент инерции может быть рассчитан путем умножения суммы всех отдельных частиц массы, составляющих объект, на квадрат их радиуса от оси вращения. Это может быть довольно обременительным при использовании алгебры, и поэтому обычно оставляется для изучения основанных на исчислении курсов или численного приближения с использованием вычислительных систем.
Вопрос: Вычислите момент инерции твердой сферы массой 10 кг и радиусом 0.2 мес.
Ответ:
Вопрос: Рассчитайте момент инерции для полой сферы массой 10 кг и радиусом 0,2 м.
Ответ:
Второй закон Ньютона для вращения
В главе о динамике вы узнали о силах, заставляющих объекты ускоряться.
Чем больше результирующая сила, тем больше линейное (или поступательное) ускорение, и чем больше масса объекта, тем меньше поступательное ускорение.
Вращательный эквивалент этого закона, 2-й закон Ньютона для вращения, связывает крутящий момент на объекте с его результирующим угловым ускорением. Чем больше чистый крутящий момент, тем больше ускорение вращения, и чем больше инерция вращения, тем меньше ускорение вращения:
.Вопрос: Какое угловое ускорение испытывает однородный твердый диск массой 2 кг и радиусом 0?1 м при приложении крутящего момента 10 Н · м? Предположим, диск вращается вокруг своего центра.
Ответ:
Вопрос: Раунд-А-бой на игровой площадке с моментом инерции 100 кг · м 2 начинается в состоянии покоя и ускоряется силой 150 Н в радиусе 1 м от центра.
Ответ: Начнем с создания нашего вращательного кинематического стола:
Поскольку вы знаете только два элемента в таблице, вы должны найти третий, прежде чем решать его с помощью кинематических уравнений вращения. Поскольку вам задан момент инерции кругового движения, а также приложенная сила, вы можете вычислить угловое ускорение, используя 2-й закон Ньютона для вращательного движения.
Теперь используйте свою кинематику вращения, чтобы найти окончательную угловую скорость кругового удара.
Если эта сила приложена под углом 90 ° к линии действия в течение времени 0.5 секунд, какова конечная скорость вращения раунда?