Формула крутящего момента через мощность: Пересчет мощности кВт в зависимости от крутящего момента Нм

Содержание

Hyundai Motor представляет модель Elantra N – высший уровень спортивности суббренда N

«Горячий» седан объединяет лучшее из мира автоспорта и практичности

Двухлитровый турбомотор с технологией flat power в паре с 8-ступенчатой трансмиссией с двойным «мокрым» сцеплением развивают мощность 280 л.с. и 392 Нм крутящего момента, позволяя седану разгоняться с места до 100 км/ч за 5,3 секунды и развивать максимальную скорость 250 км/ч

Передовая мультимедийная система с уникальным интерфейсом подарит водителю новые яркие эмоции при прохождении гоночных кругов

Динамические возможности повышаются за счет улучшающих аэродинамику функциональных элементов дизайна – боковых порогов, спойлера-крыла, диффузора и т.д.

Модель Elantra N с многочисленными опциями – лучший выбор поклонников динамичной езды

14 июля 2021 года. В рамках мировой онлайн-премьеры спортивный суббренд N в составе компании Hyundai Motor представил модель Elantra N[1]. Новый «горячий» седан стал последней новинкой в фирменной линейке «спорткаров для повседневной эксплуатации» суббренда N.

Модель Elantra N – это спортивная версия седана Elantra нового поколения, представленного в апреле 2020 года. Новинка, построенная на базе стандартной версии модели, отличается увеличенной мощностью, улучшенными динамическими характеристиками и эффектными элементами дизайна.

В опубликованном видеоролике суббренд N раскрывает особенности свыше 40 элементов дизайна новой модели Elantra N через призму истории влюбленного в автомобили мальчика и демонстрирует совершенство этого спорткара, прошедшего через скрупулезную работу по улучшению ходовых характеристик.

В конце видео суббренд N намекает на свое участие в еще одной гонке на выносливость, где его будет представлять автомобиль, сочетающий в себе систему водородных топливных элементов и электрическую батарею.

«В будущем сочетание энергии водорода и батарей может открыть для Hyundai очень интересные возможности как в автомобильном спорте, так и за его пределами, – заявил Томас Шемера (Thomas Schemera), исполнительный вице-президент и глава подразделения по работе с клиентами компании Hyundai Motor. – Водород можно использовать и для увеличения запаса хода, и для повышения мощности. Мы уже обладаем подобной технологией, и я уверен, что скоро мы ее применим».

Первый спортивный седан N предлагает фанатам динамичной езды переместиться с обычных дорог на гоночный трек

Модель Elantra N оснащается двухлитровым турбированным двигателем с функцией flat power с диаметром колеса турбины 52 мм (на 5 мм больше, чем ранее) и турбинным каналом площадью 12,5 мм2 (+2,5 мм2). Данные улучшения вместе с оптимизацией размеров и материалов цилиндрического замка позволили увеличить мощность и износостойкость двигателя. Благодаря технологии flat power максимальная мощность двигателя достигается на 5 500 об/мин, что обеспечивает живое ускорение автомобиля.

Двигатель с технологией flat power работает в паре с 8-ступенчатой трансмиссией с двойным «мокрым» сцеплением (DCT) и развивает максимальную мощность 280 л.с. и пиковый крутящий момент 392 Нм. Кроме того, система N Grin Shift (NGS) способна временно увеличить давление наддува, подняв мощность двигателя до 290 л.с. В результате седан Hyundai Elantra N способен разогнаться с места до 100 км/ч всего за 5,3 секунды и развить максимальную скорость 250 км/ч.

Гоночный дух новой модели Hyundai Elantra N дополнительно подчеркивают такие системы, как фирменный дифференциал повышенного трения N Corner Carving Differential с электронным управлением (e-LSD), система изменения регулировки выпускных клапанов и функция старта с места Launch Control. Эти специальные опции из мира автоспорта устанавливаются на все автомобили Elantra N. Седаны с трансмиссией DCT также оснащаются системами N Grin Shift (NGS), N Power Shift (NPS) и N Track Sense Shift (NTS), призванными подарить еще больше ярких эмоций от вождения.

Для эффективного прохождения поворотов Elantra N комплектуется мощной тормозной системой. Тормозные диски диаметром 360 мм сочетаются с высокотемпературными колодками и гарантируют лучшее в классе торможение. Помимо этого, специальные отверстия в бампере и система направления воздушных потоков улучшают охлаждение тормозной системы. Сама конструкция тормозов была оптимизирована для лучшего отвода тепла в процессе торможения. Разработчики Elantra N также доработали каждую деталь таким образом, чтобы постоянное тормозное усилие можно было поддерживать даже в самых тяжелых условиях.

Некоторые уникальные функции нового автомобиля Hyundai Elantra N применяются на модели суббренда N впервые. Так, Elantra N – первый автомобиль Hyundai с установленной интегрированной ведущей осью (IDA), в основе которой лежит технология, используемая в автомобилях Чемпионата мира по ралли (WRC). Применение единого узла, объединяющего вал привода, колесную ступицу и подшипник, позволило снизить массу автомобиля на 1,7 кг, сделав его конструкцию легче и прочнее. Это решение оказалось эффективным и для противостояния экстремальным боковым перегрузкам.

Объединение впускного воздуховода и фильтра в системе впуска Elantra N позволило ускорить отклик двигателя на нажатие педали газа, снизить массу впускной системы и уменьшить давление всасывания на 10% и выше. Форма опоры силового агрегата была изменена для большего совпадения колебаний двигателя, трансмиссии и кузова во время движения автомобиля, а также для улучшения его управляемости.

Кроме того, компания Hyundai Motor впервые применила двухсоставные изоляторы передней подвески. С их помощью и благодаря двухсоставным втулкам продольного рычага обеспечиваются оптимальные показатели плавности хода, управляемости, шума и вибраций за счет разделения по направлениям спереди/сзади и слева/справа.

Для повышения жесткости кузова в новом седане Hyundai Elantra N применены четырехточечные распорки и задние дуги. Система реечного рулевого управления с усилителем (R-MDPS) гарантирует великолепную обратную связь на руле даже при изменении внешних факторов, включая температуру воздуха.

Ожидается, что подобные технологии, разработанные подразделением N и привнесенные в массовый сегмент из мира автоспорта, в будущем будут способствовать улучшению общих характеристик модельного ряда Hyundai.

Еще одна особая опция призвана подарить водителем больше драйва за рулем автомобиля Elantra N. Речь идет о системе модуляции звука N Sound Equalizer (NSE), которая не только создает звуковой фон, напоминающий звучание таких автомобилей подразделения Hyundai Motorsports как болиды класса TCR, но и оснащается функцией эквалайзера. С ее помощью можно изменить настройки звучания («вой», «рев» или «басы» мотора) в зависимости от личных предпочтений. Благодаря этому во время движения водитель будет наслаждаться более реалистичным и динамичным звуком двигателя.

В дополнение, система изменения регулировки выпускных клапанов, благодаря которой автомобили суббренда N издают характерные «хлопки» и напоминающий звук лопающегося попкорна «треск», теперь оснащается системой линейного автоматического управления. Это решение позволило минимизировать гул двигателя при работе на холостом ходу и одновременно сохранить характерный для автомобилей N звук выхлопа, который так нравится многим водителям.

Наконец, Elantra N – первый автомобиль спортивного суббренда N, в котором для достижения лучшей динамики применяются 19-дюймовые колесные диски с шинами Michelin PS4S размера 245.

Эксклюзивная спортивная мультимедиа-система дарит новые эмоции от езды по треку

Инновационная мультимедийная система нового седана Elantra N оборудована графическим интерфейсом в стилистике бренда N, который позволит любителям динамичной езды без труда получать доступ к актуальной информации.

В большинстве автомобилей сверка столь необходимых показателей для быстрого прохождения трека, как температура масла и охлаждающей жидкости, давление измерителя крутящего момента и турбонаддува, становится непростой задачей. В новом седане Elantra N эти данные выводятся на экран мультимедиа в цифровом формате, позволяя водителю сконцентрироваться на управлении автомобилем.

Кроме того, специальная автоспортивная функция мультимедийного комплекса Lap timer замеряет время прохождения круга на треке, в то время как система N Track Map в реальном времени фиксирует местонахождение и перемещение автомобиля по трассе. Благодаря этому водитель может без специального оборудования сохранить результат заезда, а затем проанализировать его и улучшить в следующий раз.

В Южной Корее Hyundai Motor также выпустит специальное приложение Hyundai N для владельцев автомобилей своего спортивного суббренда. С его помощью пользователи, использующие телематические сервисы Bluelink, смогут с легкостью получать информацию о спортивных показателях автомобиля Elantra N на экране своего смартфона или планшета. Анализ уровня перегрузок, показателей тахометра, величины крутящего момента и времени прохождения круга помогут водителям улучшить свои навыки легко и с удовольствием.

Компания планирует расширить функционал приложения Hyundai N таким образом, чтобы им могли пользоваться не только будущие покупатели модели Elantra N с сервисами Bluelink, но и текущие владельцы автомобилей из линейки N.

Также ожидается, что еще больше владельцев спортивных автомобилей N смогут насладиться ездой по гоночным трекам в игровом формате. С помощью специальной рейтинговой системы, доступной для каждой трассы в Южной Корее, можно будет сравнить свои результаты со временем прохождения трассы другими пользователями.

Яркий динамичный дизайн, отражающий спортивный характер автомобиля

Дизайн новинки Elantra N, в основе которого лежит спортивный стиль седана Elantra седьмого поколения, отличается множеством элементов, придающих автомобилю эффектный внешний вид, улучшающих его ходовые характеристики и расширяющих возможности для динамичной езды.

Передняя часть седана Elantra N напоминает готовый к соревнованиям гоночный шлем. Передний спойлер в нижней части бампера визуально делает автомобиль ниже, подчеркивая его спортивный нрав.

Характерная для моделей N красная полоса в нижней части переднего бампера перетекает в пороги «горячего» седана, демонстрируя его готовность выйти на гоночный трек.

Доступный только для моделей N рельефный задний спойлер-крыло, а также задний диффузор улучшают аэродинамику автомобиля, дополнительно подчеркивая гоночные амбиции и атлетичный стиль спортивного седана Elantra N.

Кроме того, уникальный светоотражатель в форме перевернутого треугольника и два патрубка выхлопной системы напоминают аналогичные элементы болидов «Формулы-1», расставляя элегантные финальные акценты в спортивном образе модели Elantra N.

Интерьер «горячего» седана выполнен в единой стилистике с другими моделями суббренда N и содержит ряд брендированных элементов, включая рулевое колесо, рычаг селектора коробки передач, сиденья, пороги, металлические накладки на педали и т.д.

На рулевое колесо с подрулевыми переключателями передач выведена кнопка NGS, с помощью которой мощность автомобиля можно увеличить на 10 л.с. на 20 секунд (только на автомобилях с трансмиссией DCT). Также на руле присутствуют две клавиши N для настройки желаемого режима движения. Режимы движения можно настраивать в зависимости от личных предпочтений и соединять с каждой из кнопок в различных сочетаниях.

Спортивные сиденья N обладают усиленной боковой поддержкой. Даже при мощном боковом ускорении в поворотах кресла надежно удерживают водителя, позволяя сохранить устойчивую посадку за рулем на протяжении всей поездки. Кроме того, покупателям предлагаются опциональные сиденья-ковши с подсвечиваемой эмблемой N, отличающиеся заниженной на 10 мм посадкой и созданные для клиентов, стремящихся к максимальному драйву. Толщина спинки таких сидений на 50 мм меньше, чем у стандартных, что еще больше подчеркивает лучшие в классе показатели свободного пространства в задней части салона, а также высокую практичность автомобиля Elantra N.

«Спортивный суббренд N в составе компании Hyundai Motor неустанно стремится предлагать клиентам богатый выбор моделей для получения ярких эмоций за рулем, – отметил Тилль Вартенберг (Till Wartenberg), вице-президент и глава по менеджменту и автоспорту суббренда N в компании Hyundai Motor. – На сегодняшний день новый седан Elantra N – высшее проявление нашей миссии».

[1]

Avante N в Южной Корее

почему у атмосферных моторов нет будущего :: Autonews

Наддув без вариантов: почему у атмосферных моторов нет будущего

Летом организаторы международного конкурса «Двигатель года» (International Engine of the Year) назвали лучшие моторы 2016 года. Эксперты оценивали силовые агрегаты по нескольким параметрам: экологичность, динамические характеристики и расход топлива. При этом в тройке лидеров не оказалось ни одного атмосферного агрегата. По результатам голосования победу одержал 3,9-литровый битурбо V8, который устанавливают на Ferrari 488 GTB. На втором месте оказалась гибридная силовая установка BMW i8, в составе которой тоже есть наддувный бензиновый мотор объемом 1,5 литра. Третьим стал шестицилиндровый турбированный двигатель Porsche, которым комплектуют спорткары 911. Повальный переход на турбированные моторы в мировом автопроме происходит отнюдь не для обеспечения высоких показателей мощности. По мнению специалистов НАМИ, все дело в экологических нормах, которые могут привести к исчезновению атмосферных моторов.

С атмосферных двигателей можно снять практически такую же удельную мощность, что и с турбированных. Самым высокопроизводительным безнаддувным мотором на текущий момент остается 4,5-литровый V8 от Ferrari 458 Speciale A, который выдает 605 лошадиных сил. Таким образом, удельная отдача агрегата составляет 134 л.с. с одного литра объема. Для сравнения, с 4,0-литрового V6 TFSI с двумя турбинами (Audi RS6) инженеры сняли 605 л.с. – 151 л.с. с одного литра объема.

В автомобильных двигателях без наддува литровая мощность выше 100 л.с. обеспечивается, в первую очередь, за счет повышения его предельных оборотов (быстроходности), пояснил директор Центра «Энергоустановки» ФГУП «НАМИ» Алексей Теренченко. В качестве примера кандидат технически наук вспомнил мотор мотоцикла Honda CBR400F (145 л.с./1 л), максимальная мощность которого достигается на 12 300 оборотах в минуту. Абсолютные рекордсмены здесь двигатели болидов Формулы-1, с которых снимают по 310 л.с. на 1 л, но уже на 19 000 оборотах.
 


Влияние на литровую мощность оказывают и другие факторы: степень сжатия, смесеобразование, сгорание. Например, в 1997 г. Alfa Romeo начала устанавливать на седаны 156 двигатели линейки Twin Spark, в которых было по две свечи на цилиндр. Моторы выдавали рекордную для европейского автопрома по тем временам удельную мощность. «Четверка» объемом 1,75 л обеспечивала 144 л.с., а 2,0-литровый мотор – 165 лошадиных сил. У японских брендов двигатели были еще производительнее. Например, в начале 1990-х Honda разработала DOHC i-VTEC объемом 1,6 л, который выдавал 160 лошадиных сил. При этом максимальная мощность достигалась практически на мотоциклетных оборотах – коленвал Honda Civic раскручивался до 8 тыс. оборотов в минуту. Позже на Honda S2000 появилась бензиновая «четверка» объемом 2,0 л с высокой степенью сжатия, которая выдавала 250 л.с. (125 л.с. на 1 л объема). В российском автопроме рекордсменом по удельной мощности является двигатель АвтоВАЗа под индексом 21127, которым комплектуется Lada Vesta (1,6 л, 106 лошадиных сил).

Представитель НАМИ, в свою очередь, пояснил, что все эти факторы, повышающие отдачу мотора, имеют второстепенное значение. «Быстроходность двигателя ограничивает процесс газообмена, для улучшения которого стремятся увеличить число цилиндров, уменьшить отношение хода поршня к диаметру цилиндра, увеличить количество клапанов на цилиндр, повысить пропускную способность выпускной и особенно впускной системы», — уточнил Теренченко.

Автопроизводители и дальше продолжили бы совершенствовать атмосферные моторы, если бы не жесткие экологические нормы, ограничивающие уровень выбросов СО2 в атмосферу. Одним из самых популярных способов для выполнения требований, помимо сокращения веса автомобилей, является уменьшение рабочего объема двигателей. «При уменьшении рабочего объема пропорционально снижается его мощность и, соответственно, ухудшаются ездовые качества автомобиля. Чтобы избежать этого, крутящий момент и мощность двигателя восстанавливают до уровня двигателя большего литража за счет применения турбонаддува», — объяснил кандидат технических наук, добавив, что в обычном режиме такой мотор работает, как малообъемный «атмосферник».

 


При этом повышение предельных оборотов мотора также позволяет восстановить мощность, однако крутящий момент в этом случае будет низким. Именно по этой причине форсирование двигателя за счет применения турбонаддува более эффективно, чем повышение быстроходности силового агрегата.

При этом, пояснил представитель НАМИ, нет прямой зависимости между форсировкой двигателя при помощи турбины и его надежностью – все зависит от условий эксплуатации. У атмосферных двигателей обратная ситуация: долговечность мотора во многом связана с его литровой мощностью. «С увеличением оборотов и, соответственно, литровой мощности, растут инерционные нагрузки, трение и износ основных деталей, поэтому надежность снижается», — рассказал Алексей Теренченко.

Например, срок службы атмосферного двигателя Формулы-1 равен 1 тыс. км, в то время как на массовых автомобилях эта цифра в среднем составляет 150 тыс. километров. НАМИ также работает над повышением удельной мощности двигателей. По прогнозам разработчиков, реально добиться цифр порядка 125-135 л.с. на 1 л объема за счет применения разных комбинаций новых и традиционных технологий. В том числе, регулируемого клапанного привода, регулируемой степени сжатия, непосредственного впрыска топлива в цилиндры, турбонаддува, гибридизации и электрификации силового агрегата. В моторе будущего флагмана проекта «Кортеж» также предусмотрен целый ряд технических инноваций, но едва ли он будет атмосферным.

Новый подход к контролю соответствует реальным условиям работы

Электродвигатели являются важнейшим элементом многих промышленных процессов, они потребляют до 70 % от общего количества энергии на промышленном предприятии и до 46 % от общего количества производимого электричества в мире. Учитывая то, насколько большую роль электродвигатели играют в промышленных процессах, стоимость простоев, связанных с их неисправностью, может измеряться десятками тысяч долларов в час. Обеспечение эффективной и надежной работы электродвигателей — это одна из наиболее важных задач, которую ежедневно решают технические специалисты и инженеры по обслуживанию.

Эффективное использование электричества — это не просто «полезно». Во многих ситуациях от энергоэффективности зависит, прибыльной или убыточной является компания. Поскольку электродвигатели потребляют на промышленных объектах столь значительное количество энергии, эффективность их использования стала основным фактором, от которого зависит экономия и поддержание прибыльности. Кроме того, из-за желания обеспечить экономию посредством увеличения эффективности и снизить зависимость от природных ресурсов многие компании начинают следовать промышленным стандартам, таким как ИСО 50001. Стандарт ИСО 50001 устанавливает основные положения и требования для организации, внедрения и поддержания системы управления энергопотреблением, призванной обеспечить постоянную экономию.

Традиционные методы проверки электродвигателей

Традиционный метод проверки производительности и КПД электродвигателей тщательно разработан, но его организация может быть связана с большими расходами, а реализация в рамках рабочих процессов трудноосуществима. Часто для проверки производительности электродвигателя требуется даже полное отключение системы, что может привести к дорогостоящему простою. Чтобы определить КПД электродвигателя, необходимо измерить широкий диапазон динамических рабочих параметров — как для входной электрической мощности, так и для выходной механической мощности. Для измерения характеристик производительности электродвигателя традиционным методом сначала техническим специалистам необходимо установить электродвигатель на испытательный стенд. Испытательный стенд представляет собой проверяемый электродвигатель, закрепленный на генераторе или на динамометре.

Затем с помощью вала проверяемый электродвигатель соединяют с нагрузкой. На валу закреплен датчик скорости (тахометр), а также комплект датчиков крутящего момента, которые предоставляют данные, позволяющие рассчитывать механическую мощность. Система предоставляет различные данные, включая данные о скорости, крутящем моменте и механической мощности. Некоторые системы также позволяют измерять электрическую мощность, благодаря чему можно рассчитать КПД.

КПД вычисляется по формуле:

Механическая мощность
 Электрическая мощность

Во время проверки нагрузка изменяется, что позволяет определять КПД для различных режимов работы. Система испытательного стенда может показаться достаточно простой, однако с ее использованием связано несколько характерных недостатков:

  1. Электродвигатель необходимо снять с места использования.
  2. Значения нагрузки электродвигателя не являются по-настоящему репрезентативными, поскольку не характеризуют производительность электродвигателя во время реальной работы.
  3. Во время проведения проверки работу необходимо приостановить (что создает простой), либо необходимо временно установить сменный электродвигатель.
  4. Датчики крутящего момента отличаются высокой стоимостью и ограниченным рабочим диапазоном, поэтому для проверки различных электродвигателей может потребоваться несколько датчиков.
  5. Испытательный стенд, на котором можно проверять широкий диапазон электродвигателей, имеет высокую стоимость. Такие испытательные стенды обычно используются специалистами по ремонту электродвигателей или исследовательскими организациями.
  6. Не учитываются «реальные» рабочие условия.

Параметры электродвигателей

Электродвигатели могут предназначаться для различных областей применения с различными нагрузками, поэтому характеристики каждого электродвигателя отличаются. Классификация характеристик осуществляется в соответствии со стандартами Национальной ассоциации производителей электрооборудования (NEMA) или Международной электротехнической комиссии (МЭК). От этих характеристик напрямую зависит работа и КПД электродвигателя. На каждом электродвигателе закреплена паспортная табличка, на которой указаны основные рабочие параметры и информация о КПД электродвигателя в соответствии с рекомендациями NEMA или МЭК. Указанные на паспортной табличке данные можно сравнивать с реальными характеристиками режима использования. Например, сравнивая эти значения, можно узнать, что электродвигатель превышает ожидаемые характеристики скорости или крутящего момента, что может привести к сокращению срока службы электродвигателя или к преждевременному выходу из строя. Негативно сказаться на характеристиках производительности электродвигателя могут также такие явления, как асимметрия напряжения или тока, а также гармоники, связанные с плохим качеством электроэнергии. При существовании какого-либо из этих условий необходимо снизить номинал электродвигателя (то есть ожидаемая производительность электродвигателя должна быть снижена), что может привести к нарушению выполняемых процессов, если не будет производиться достаточное количество механической мощности. Снижение номинала рассчитывается по стандарту NEMA в соответствии с данными, указанными для данного типа электродвигателя. Стандарты NEMA и МЭК некоторым образом отличаются друг от друга, но в целом они придерживаются одинаковых положений.

«Реальные» рабочие условия

При выполнении проверки электродвигателей на стенде электродвигатель обычно работает в самых лучших условиях. Однако во время реальной работы самые лучшие условия, как правило, не удается обеспечить. Непостоянство рабочих условий приводит к снижению производительности электродвигателя. Например, на промышленном предприятии могут быть нагрузки, оказывающие непосредственное влияние на качество электроэнергии и вызывающие асимметрию в системе или потенциально вызывающие гармоники. Каждое из этих условий может серьезно повлиять на производительность электродвигателя. Кроме того, нагрузка, приводимая в движение электродвигателем, может быть неоптимальной или может не соответствовать изначальному предназначению электродвигателя. Нагрузка может быть слишком большой для данного электродвигателя, или возможна перегрузка вследствие плохого управления процессами. Движению электродвигателя может также препятствовать чрезмерное трение, вызванное наличием какого-либо постороннего предмета, блокирующего работу насоса или рабочего колеса вентилятора. Обнаружение этих аномалий может быть затруднено и может потребовать много времени, вследствие чего эффективный поиск неисправностей будет проблематичным.

Новый подход

Анализатор качества электроэнергии и работы электродвигателей Fluke 438-II обеспечивает модернизированный и экономичный способ проверки КПД электродвигателя, при этом отсутствует необходимость в установке внешних механических датчиков и в дорогостоящих простоях. Прибор Fluke 438-II, созданный на основе анализаторов качества электроэнергии Fluke серии 430-II, оснащен полным набором функций для анализа качества электроэнергии, а также для измерения механических параметров на электродвигателях прямого пуска. 438-II использует данные, указанные на паспортной табличке электродвигателя (NEMA или МЭК) вместе с данными измерений трехфазного питания, чтобы в режиме реального времени рассчитывать параметры производительности электродвигателя, включая скорость, крутящий момент, механическую мощность и КПД, при этом использование дополнительных датчиков крутящего момента и частоты вращения не требуется. Кроме того, 438-II непосредственно вычисляет коэффициент снижения мощности электродвигателя в режиме работы.

Чтобы прибор Fluke 438-II выполнил эти измерения, технический специалист или инженер должен ввести следующие данные: номинальную мощность в кВт или л. с., номинальное напряжение и силу тока, номинальную частоту, номинальный cos φ или коэффициент мощности, номинальный сервис-фактор, а также тип электродвигателя в соответствии с классификацией NEMA или МЭК.

Принцип работы

Fluke 438-II выполняет механические измерения параметров (скорости вращения электродвигателя, нагрузки, крутящего момента и КПД), применяя уникальные алгоритмы к электрическим сигналам. Эти алгоритмы основаны на сочетании физических и управляемых данными моделей асинхронного электродвигателя. При этом не требуются предварительные проверки, которые обычно нужны для измерения параметров электродвигателя (например, сопротивление статора). Скорость электродвигателя можно рассчитать на основе гармоник пазов ротора, присутствующих в сигналах тока. Крутящий момент вала электродвигателя можно связать со значениями напряжения, силы тока и скольжения асинхронного электродвигателя, используя хорошо известные, но сложные физические формулы. Электрическая мощность измеряется с использованием входных сигналов силы тока и напряжения. При получении расчетного значения крутящего момента и скорости, механическая мощность (или нагрузка) вычисляется на основе крутящего момента, умноженного на частоту вращения. КПД электродвигателя вычисляется путем деления рассчитанной механической мощности на измеренную электрическую мощность. Компания Fluke провела обширные испытания на электродвигателях, приводящих в движение динамометры. Были измерены значения фактической электрической мощности, крутящего момента вала электродвигателя, а также скорости электродвигателя. Эти значения сравнивались со значениями, полученными с прибора 438-II для определения погрешности.

Сводный обзор

Традиционные методы проверки производительности и КПД электродвигателей тщательно разработаны, однако это не означает, что они широко используются. В значительной степени это объясняется тем, что отключение электродвигателей, а иногда и целых систем, для выполнения проверок приводит к простою производства, а это связано с большими расходами. Прибор Fluke 438-II предоставляет чрезвычайно полезную информацию, которую до этого было крайне сложно и дорого получить. Кроме того, наличие на приборе Fluke 438-II передовых функций по анализу качества электроэнергии позволяет измерять качество электроэнергии непосредственно во время работы системы. Выполнение важных измерений для определения КПД электродвигателя стало проще, поскольку использование отдельных внешних датчиков крутящего момента и скорости не требуется, благодаря чему можно анализировать производительность самых распространенных промышленных процессов, использующих электродвигатель, не прерывая их выполнения. Это позволяет техническим специалистам сокращать время простоя и отслеживать тенденции производительности электродвигателя во времени, благодаря чему можно получить более полную картину общего состояния системы и ее производительности. Отслеживание тенденций производительности позволяет увидеть изменения, которые могут указывать на приближающийся отказ электродвигателя. Благодаря этой информации можно выполнить замену до того, как электродвигатель выйдет из строя.

FAQ по электродвигателям | Техпривод

Какие электродвигатели применяются чаще всего?
Какие способы управления электродвигателями используются?
Как прозвонить электродвигатель и определить его сопротивление?
Как определить мощность электродвигателя?
Как увеличить или уменьшить обороты электродвигателя?

Как рассчитать ток и мощность электродвигателя?
Как увеличить мощность электродвигателя?
Каковы потери мощности при подключении трехфазного двигателя к однофазной сети?
Какие исполнения двигателей бывают?
Зачем электродвигателю тормоз?
Как двигатель обозначается на электрических схемах?
Почему греется электродвигатель?
Типичные неисправности электродвигателей

1. Какие электродвигатели применяются чаще всего?

Наиболее распространены асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Они имеют сравнительно простую конструкцию и относительно недороги.

Для работы асинхронного двигателя требуется трехфазное напряжение, создающее на обмотках статора вращающееся магнитное поле. Это поле приводит в движение ротор двигателя, который передает крутящий момент на нагрузку, например, на пропеллер вентилятора или редуктор конвейера. Изменяя конфигурацию обмоток статора, можно менять основные характеристики привода – частоту оборотов и мощность на валу. В случае работы асинхронного электродвигателя в однофазной сети применяют фазосдвигающие и пусковые конденсаторы.

Также в настоящее время находят применение двигатели постоянного тока. Данные приводы имеют щетки, подверженные износу и искрению. Кроме того, необходима обмотка подмагничивания (возбуждения), на которую подается постоянное напряжение. Несмотря на эти недостатки, электродвигатели постоянного тока используются там, где необходимо быстрое изменение скорости вращения и контроль момента, а также при мощностях более 100 кВт.

В быту также применяют коллекторные (щеточные) электродвигатели переменного тока, которые имеют низкую надежность по сравнению с асинхронными.

2. Какие способы управления электродвигателями используются на практике?

Управление электродвигателем подразумевает возможность изменения его скорости и мощности. Так, если на асинхронный двигатель подать напряжение заданной величины и частоты, он будет вращаться с номинальной скоростью и сможет обеспечить мощность на валу не более номинала. Если же нужно понизить или повысить скорость электродвигателя, используют преобразователи частоты. ПЧ может обеспечить нужный режим разгона и торможения, а также позволит оперативно управлять частотой работы.

Для обеспечения требуемого разгона и торможения без изменения рабочей частоты применяют устройство плавного пуска (УПП). Если нужно управлять только разгоном двигателя, используют схему включения «звезда-треугольник».

Для запуска двигателей без ПЧ и УПП широко применяются контакторы, которые позволяют дистанционно управлять пуском, остановом и реверсом.

3. Как прозвонить электродвигатель и определить его сопротивление?

Асинхронный электродвигатель, как правило, имеет три обмотки. У каждой обмотки есть по два вывода, которые должны быть обозначены в клеммной коробке двигателя. Если выводы обмоток известны, то можно легко прозвонить каждую из них и сравнить величину сопротивления с остальными обмотками. Если величины сопротивлений отличаются не более, чем на 1%, то скорее всего, обмотки исправны.

Сопротивление обмоток электродвигателя измеряется с помощью омметра, как и сопротивление обмоток трансформатора. Чем больше мощность двигателя, тем меньше сопротивление его обмоток, и наоборот.

4. Как определить мощность электродвигателя?

Проще всего определить номинальную мощность электродвигателя по шильдику. На нем указана механическая мощность (мощность на валу), значение которой всегда меньше потребляемой мощности за счет потерь на трение и нагрев. Однако, если шильдик на корпусе двигателя отсутствует, можно очень приблизительно оценить характеристики привода по его габаритам. При одинаковой мощности двигатель с бо́льшим диаметром вала будет иметь более высокую мощность на валу и меньшую частоту оборотов.

Также мощность можно определить по нагрузке и по настройкам защитных устройств, через которые питается двигатель (мотор-автомат, тепловое реле).

Еще один способ – включаем двигатель на номинальную мощность, обеспечив нужную нагрузку на валу. После этого измеряем токоизмерительными клещами ток, который должен быть одинаков по всем обмоткам. Для приблизительной оценки мощности асинхронного двигателя, подключенного по схеме «звезда», нужно разделить номинальный измеренный ток на 2.

5. Как увеличить или уменьшить обороты электродвигателя?

Управление скоростью вращения двигателя необходимо в трех режимах работы – при разгоне, торможении, и в рабочем режиме.

Наиболее универсальный способ управления оборотами — использование частотного преобразователя. Настройками ПЧ можно добиться любой частоты вращения в пределах технической возможности. При этом можно управлять и другими параметрами электродвигателя, а также следить за его состоянием во время работы. Частоту можно менять и плавно, и ступенчато.

Управление оборотами двигателя в режиме разгона и торможения возможно при использовании УПП. Это устройство позволяет значительно снизить пусковой ток за счет плавного разгона с медленным увеличением оборотов.

6. Как рассчитать ток и мощность электродвигателя?

Бывает так, что известен ток асинхронного двигателя (по измерениям в номинальном режиме или по шильдику), но неизвестна его мощность. Как в таком случае рассчитать мощность? Обычно используют следующую формулу:

Р = I (1,73·U·cosφ·η)

где:
Р – номинальная полезная мощность на валу двигателя в Вт (указывается на шильдике),
I – ток двигателя, А,
U – напряжение питания обмоток (380 В при подключении в «звезду», 220 В при подключении в «треугольник»),
cosφ, η – коэффициенты мощности и полезного действия для учета потерь (обычно 0,7…0,8).

Для расчета тока по известной мощности пользуются обратной формулой:

I = P/(1,73·U·cosφ·η)

Для двигателей мощностью 1,5 кВт и более, обмотки которых подключены в «звезду» (это подключение используется чаще всего), существует простое эмпирическое правило – чтобы приблизительно оценить ток двигателя, нужно умножить его мощность на 2.

7. Как увеличить мощность электродвигателя?

Номинальная мощность на валу, которая указывается на шильдике двигателя, обычно ограничивается допустимым током, а значит – нагревом корпуса привода. Поэтому при увеличении мощности необходимо предпринять дополнительные меры по охлаждению электродвигателя, установив отдельный вентилятор.

При использовании преобразователя частоты для повышения мощности можно изменить несущую частоту ШИМ, однако следует избегать перегрева ПЧ. Мощность также можно увеличить с помощью редуктора или ременной передачи, пожертвовав количеством оборотов, если это допустимо.

Если приведенные советы неприменимы – придётся менять двигатель на более мощный.

8. Каковы потери мощности при подключении трехфазного двигателя к однофазной сети (380 на 220)?

При таком подключении используются пусковой и рабочий фазосдвигающие конденсаторы. Номинальную мощность на валу в данном случае получить не удастся, и потери мощности составят 20-30% от номинала. Это происходит из-за невозможности обеспечить отсутствие перекоса по фазам при изменении нагрузки.

9. Какие исполнения двигателей бывают?

В зависимости от исполнения электродвигатели классифицируются по способу монтажа, классу защиты, климатическому исполнению. Существует два основных способа монтажа асинхронных электродвигателей – на лапах и через фланец. Оба варианта исполнения в различных комбинациях показаны в таблице ниже.

Виды климатического исполнения предполагают использование двигателя в определенных климатических зонах: умеренный климат (У), холодный климат (ХЛ), умеренно-холодный климат (УХЛ), тропический климат (Т), общеклиматическое исполнение (О), общеклиматическое морское исполнение (ОМ), всеклиматическое исполнение (В). Также различают категории размещения (на открытом воздухе, под навесом или в помещении и т.д.).

Класс защиты обозначает характер защиты двигателя от попадания пыли и влаги. Наиболее часто встречаются приводы с классами IP55 и IP55.

10. Зачем электродвигателю тормоз?

В некоторых устройствах (лифтах, электроталях, лебедках) при остановке двигателя необходимо зафиксировать его вал в неподвижном состоянии. Для этого применяют электромагнитный механический тормоз, который входит в конструкцию двигателя и располагается в его задней части. Управление тормозом осуществляется с помощью частотного преобразователя или схемы на контакторах.

11. Как двигатель обозначается на электрических схемах?

Электродвигатель обозначается на схемах с помощью буквы «М», вписанной в круг. Также на схемах могут быть указаны порядковый номер двигателя, количество фаз (1 или 3), род тока (переменный или постоянный), способ включения обмоток ( «звезда» или «треугольник»), мощность. Примеры обозначений показаны ниже.

12. Почему греется электродвигатель?

Двигатель может нагреваться по одной из следующих причин:

  • износ подшипников и повышенное механическое трение
  • увеличение нагрузки на валу
  • перекос напряжения питания
  • пропадание фазы
  • замыкание в обмотке
  • проблема с обдувом (охлаждением)

Нагрев двигателя резко снижает его ресурс и КПД, а также может приводить к поломке привода.

13. Типичные неисправности электродвигателей

Выделяют два вида неисправностей электродвигателей: электрические и механические.

К электрическим относятся неисправности, связанные с обмоткой:

  • межвитковое замыкание
  • замыкание обмотки на корпус
  • обрыв обмотки

Для устранения этих неисправностей требуется перемотка двигателя.

Механические неисправности:

  • износ и трение в подшипниках
  • проворачивание ротора на валу
  • повреждение корпуса двигателя
  • проворачивание или повреждение крыльчатки обдува

Замена подшипников должна производиться регулярно с учетом их износа и срока службы. Крыльчатка также меняется в случае повреждения. Остальные неисправности устранению практически не подлежат, и единственный выход — замена двигателя.

Если у вас есть вопросы, ответы на которые вы не нашли в данной статье, напишите нам. Будем рады помочь!

Другие полезные материалы:
Выбор электродвигателя
Использование тормозных резисторов с преобразователями частоты

Формула расчета крутящего момента


Что такое крутящий момент двигателя автомобиля: определение, формула

Автоликбез29 сентября 2019

Среди всех важных параметров двигателя авто наиболее показательным является мощность. Автолюбители часто оперируют «лошадиными силами» и забывают про еще один важный параметр, характеризующий машину – крутящий момент двигателя. Хотя данный показатель считается менее значимым, он определяет, насколько резким будет старт и дальнейшее ускорение авто.

Понятие крутящего момента двигателя

КМ можно представить как показатель силы вращения коленвала. Перед тем, как в нем разобраться, начнем с мощности и количества оборотов, а также разберем, почему все эти параметры взаимосвязаны. Первая характеристика подразумевает работу, которая производится за временную единицу. Под работой подразумевается преобразование энергии сгорания топлива в кинетическую. Вторая характеристика говорит о количестве оборотов вала в минуту. Ну, а крутящий момент можно назвать производной от этих характеристик величиной.

Учитывая принятую систему измерения силы в ньютонах (Н), а длины в метрах (м), крутящий момент измеряется в «Нм», поскольку речь о силе, прикладываемой к поршню и длине плеча коленчатого вала. Чем больше эта величина, тем выше динамика авто, соответственно, тем быстрее оно развивает заявленное количество «лошадок».

От чего зависит величина крутящего момента двигателя?

  • радиус кривошипа коленвала;
  • давление, создаваемое в цилиндре;
  • поршневая площадь;
  • объем.

По большей части, величина будет зависеть от объема ДВС: с его увеличением будет расти сила, которая воздействует на поршень. Конечно, немаловажную роль играет и радиус кривошипа, но учитывая конструктивные особенности современных двигателей, варьирование этой величины возможно только в небольших пределах. Также стоит сказать о зависимости от давления: чем оно больше, тем больше прикладываемая сила.

Формула расчета крутящего момента

Сначала посмотрим на формулу расчета мощности:

Р(мощность, кВт) = М(крутящий момент, Нм) х n (число оборотов в минуту) / 9550.

Расчет КМ выглядит следующим образом:

М(крутящий момент, Нм) = Р(мощность, кВт) x 9550 / n (число оборотов в минуту).

Дабы рассчитать нужные величины и не запутаться, достаточно воспользоваться конвертером, который доступен на многих автолюбительских сайтах.

Как измеряется крутящий момент?

Для этого достаточно взглянуть на техническую документацию своего авто. Но реальные измерения также доступны: необходимо использовать специальные датчики. Они позволят провести статические и динамические измерения.

Измерение заключается в создании ситуации, где двигатель набирает максимальные обороты, затем тормозится: в процессе создается график, демонстрирующий максимальный момент мотора в момент нажатия на тормоз. Сначала показатель будет небольшим, затем будет наблюдаться рост, достижение пика и падение.

СТО должны оснащаться профессиональными тензометрами: все измерения обрабатывает специальное ПО, а результаты отображаются в виде графиков. Основная сложность в измерении КМ – достичь высокой точности показаний. Устаревшие контактные, светотехнические или индукционные тензометры не обеспечивали должной эффективности, поэтому в настоящий момент используются измерители в виде компактного передатчика, закрепляемого на вал: он передает данные на прибор-приемник, предоставляющий данные, не нуждающиеся в обработке.

Мощность или крутящий момент – что важнее?

Для решения этой дилеммы необходимо понять несколько фактов:

  • мощность имеет линейную зависимость от частоты оборотов коленвала: быстрее вращение – больше показатель;
  • мощность – производная КМ;
  • до определенного значения рост КМ зависим от числа оборотов: быстрее вращение – выше КМ. Но преодолев пиковое значение, он снижается.

Отсюда можно прийти к выводу, что крутящий момент – приоритетный параметр, характеризующий возможности мотора. В то же время, нельзя пренебрегать мощностью: это значит, что производители автомобилей должны настроить работу агрегата таким образом, чтобы соблюдался баланс этих величин.

Как можно увеличить крутящий момент двигателя?

  1. Смена коленчатого вала. К недостатка метода можно отнести тот факт, что это редкая для многих марок авто деталь: часто ее делают на заказ. Кроме того, это снизит долговечность двигателя.
  2. Расточка цилиндров. Более популярный метод, основанный на увеличении объема цилиндра. Метод доступен в большинстве автосервисных мастерских.
  3. Настройка карбюратора. Зачастую используется в дополнение к расточке.
  4. Увеличение турбонаддува. Доступно в моделях с турбированным двигателем. Тем не менее, снимая ограничения в блоке, который отвечает за управление компрессором – достаточно опасный способ, снижающий запас нагрузок в моторе. Тем, кто на него решается, также приходится прибегать к увеличению камеры сгорания, улучшению охлаждения, регулировке впускного клапана и смене распредвала, коленвала и поршней.
  5. Изменение газодинамики. Еще один метод, который по плечу только профессионалам. К тому же, убирая ограничения можно столкнуться не только с выросшей динамикой, а и с ухудшением сцепления.
  6. Использование масляного фильтра. Простой способ, снижающий засорение двигателя и продлевающий срок эксплуатации его запчастей.

Как видно, мотор – это сложный агрегат. Он уже рассчитан с использованием сложных инженерных формул и технологий, а значит, увеличение характеристики крутящего момента нежелательно. Если желание все же есть, стоит обратить внимание на два первых пункта. Можно, конечно, попытаться устранить заводские дефекты: убрать в камерах сгорания непродуваемые зоны и убрать в стыках заостренные углы, а также, неровности на клапанах. Но придется доверить эти операции специалистам своего дела.

Отдельно стоит сказать о так называемых усилителях КМ: их принцип основан на отборе мощности уменьшением оборотов, что не лучшим способом сказывается на долговечности конструкции. Подобные решения не увеличивают КМ, а позволяют его плавно менять на постоянных оборотах.

Какому двигателю отдать предпочтение?

В настоящий момент к привычным ДВС на дизельном топливе или бензине добавились еще и электродвигатели. Во всех этих конструкциях крутящий момент двигателя может кардинально отличаться.

Бензиновый двигатель

Действие основано на впрыске и формировании воздушно-топливной смеси с последующим возгоранием от искры свечей зажигания. Процесс происходит при температуре в 500 градусов, а коэффициент сжатия находится в районе 10 единиц.

Дизельный двигатель

Здесь коэффициент сжатия достигает уже 25 единиц, а температура составляет 900 градусов. При таких условиях смесь воспламеняется без необходимости в использовании свечей.

Электродвигатель

Пожалуй, самый простой и прогрессивный вариант, который лучше вообще исключить из списка. Дело в том, что трехфазный асинхронный двигатель работает по другому принципу, кардинально отличающемуся от традиционных ДВС. Здесь пикового КМ в 600 Нм можно достичь на любой скорости. Если же говорить о «лошадях», у Теслы их количество составит 416.

Но пока электрокары не получили повсеместного распространения. И если этот вариант по каким-либо причинам недоступен, рассмотрим особенности бензиновых и дизельных агрегатов. При одинаковых объемах первый способен давать высокую скорость, второй – быстрый разгон.

В заключение

Как уже отмечалось, КМ требует внимания непосредственно при выборе авто. Зная ключевые особенности двигателей, теперь не составит труда определиться с выбором. Что до увеличения значений крутящего момента в имеющейся машине, не стоит забывать о балансе, заложенном производителем, и уж тем более нежелательно прибегать к кардинальным мерам. Увеличение динамики можно рекомендовать только в силовых агрегатах, причем КМ должен располагаться в диапазоне, где он может достигать пиковых значений. Как бы там ни было, планомерное распространение электрокаров вскоре может избавить от мук выбора. А пока, лучше быть осведомленным в технических деталях машины, как минимум, это позволит не теряться среди вопросов коллег-автолюбителей.

Крутящий момент и зависимость крутящего момента

Как рассчитать крутящий момент, зная обороты и мощность двигателя?

Крутящий момент напрямую зависит от мощности и числа оборотов двигателя в минуту. Имеется общепринятая формула расчета крутящего момента, выражаемого в Ньютон-метрах ( русское обозначение Н·м, международное N·m ) 

 

M = P х 9550 / N

 

Где P — это мощность двигателя в киловаттах (кВт)

N — обороты вала в минуту

 

 

Как рассчитать мощность двигателя, зная крутящий момент и обороты?

Для такого расчета существует формула:

 

P = M х N / 9550

 

Где M — это крутящий момент двигателя

N — это обороты двигателя

 

Для скорости и простоты расчета воспользуйтесь удобным калькулятором крутящего момента. Впишите в ячейки калькулятора имеющиеся значения и калькулятор автоматически проставит результаты расчета.

 

Калькулятор крутящего момента

Мощность момент — Энциклопедия журнала «За рулем»

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

Часто эксперты автомобильных изданий, рассказывая о выдающейся динамике машины, в первую очередь превозносит огромный крутящий момент двигателя, оставляя мощности роль второго плана. Мол, благодаря именно моменту машина ровно и напористо разгоняется в широком диапазоне оборотов и скоростей. Особенно востребовано это качество на высших передачах, – ведь тяговые силы и ускорения на них в любом случае не столь велики, как на первой или второй передаче. А для безаварийного движения в потоке транспорта возможность быстро прибавить скорость зачастую играет судьбоносную роль. Ездить на таком автомобиле даже психологически легче. И все же, когда нужно быстрей разогнаться, что важней – мощность или крутящий момент?
Сразу отметим: чаще всего эти два параметра «конфликтуют»… в головах журналистов, охотно повторяющих признанные публикой «истины» без какого-либо их анализа. На самом же деле смешно рассматривать мощность в отрыве от крутящего момента и наоборот. Первая показывает энергию, ежесекундно вырабатываемую двигателем, тогда как крутящий момент – всего лишь силовой фактор, показывающий, как нагружен при работе коленчатый вал. Крутящий момент может существовать и сам по себе, без мощности. Например, при неожиданной остановке перегруженного двигателя на крутом подъеме, в песке, при буксировке тяжелого прицепа в какой-то миг момент еще есть, а движения уже нет. А в некоторых механизмах можно обнаружить и длительно действующий на какой-нибудь вал момент, удерживающий его от поворота. Например, в рулевом механизме, когда мы лишь удерживаем управляемые колеса в нужных положениях, тогда как дорога пытается их нарушить. А самый типичный пример: пытаясь открутить «прикипевший» болт, ключ удлинили метровой трубой, – а болт ни с места. Момент огромный, а работа не идет. А коли нет работы – то нет и мощности.

Тут впору вспомнить школьную физику. Нарисуйте круг радиуса R – это будет сечение вала – и приложите к нему «касательную» силу F. Крутящий момент этой силы М = F • R. За один оборот вала сила F пройдет путь 2πR – и выполнит работу: А = F • R • 2π = М • 2π. А работа за n оборотов: А = М • 2π • n. Если n – число оборотов в минуту, то работа за одну секунду – то есть, мощность – составит N = М • 2πn /60.
Выражение 2π n /60 = 0,1047 n = ω – угловая скорость вала. Итак, N = М • 0,1047 n (Формула [1]).
Но мы имеем дело не только с вращающимися деталями, но и движущимися линейно. В этом случае в формуле (1) момент М заменим силой F, а угловую скорость ω – линейной v. Получим: N = F • v (Формула [2]).
Эти формулы равноправны. Замерив, например, тяговую силу колес, умножим на достигнутую машиной скорость – и найдем затрачиваемую мощность. Но если крутящий момент на ведущей оси умножить на угловую скорость колес, получим то же самое.
Итак, мощность – это работа (или энергия) израсходованная или произведенная за 1 секунду. Конечно, о «законе сохранения энергии» знает каждый. Говоря по пионерски, она «не возникает из ничего», но и не исчезает, не оставив следа. Так, лишь около четверти тепловой энергии, получаемой двигателем от сгорания топлива, превращается в механическую, соответствующая мощность (эффективная) тратится на движение машины. Большая же часть полученной в цилиндрах двигателя теплоты идет на «обогрев» окружающего нас мира.
Эффективная мощность тоже доходит до ведущих колес не вся – до 15 % ее может рассеять в виде тепла трение в узлах и агрегатах трансмиссии. Но для нас важней другое: если при открытом дросселе (или при полной подаче топлива в дизель) двигатель выдает на колеса сколько-то киловатт, то это – его «потолок». Никакими простыми механизмами вроде коробок передач, редукторов и т. п. превысить эту величину невозможно – этого «закон сохранения» не допустит.
Итак, крутящий момент – это удобный для нас «инструмент», связывающий процессы в двигателе с трансмиссией машины и ведущими колесами. Но не более того! Ракетчики, например, запрягают пламя напрямую, получают гигантские тяги и мощности, но о крутящих моментах вспоминают лишь в расчетах турбонасосных агрегатов, – да и то, если двигатели не твердотопливные!
Из формулы (1) видно, что для получения достаточной мощности вовсе не обязателен огромный крутящий момент, ведь в произведении два сомножителя. Почему бы, например, не увеличивать мощность при постоянном моменте, наращивая угловую скорость в каком-то диапазоне оборотов? При этом мощность растет по оборотам линейно. А постоянство момента в заданном диапазоне – не чудо, которым некоторые почему-то восторгаются, а всего лишь признак постоянства тяговых сил. Если пренебречь сопротивлением воздуха (к примеру, на первой передаче оно невелико), то и ускорение машины в этом диапазоне постоянное. Это довольно удобно для водителя. Но спросим себя: если бы в начале диапазона момент был таким же, а ближе к пресловутым «верхам» стал больше, стал бы с таким «подхватом» автомобиль хуже? – Вряд ли. Разве только что-нибудь нарушилось бы в смысле экологии.
Мощность можно менять и при постоянных оборотах. Пример: мы ехали со скоростью 90 км/ч по горизонтальному шоссе, а с началом подъема, дабы сохранить скорость, пришлось больше открыть дроссель. Это увеличение момента в чистом виде.
Итак, имеем дело с формулой (1). К примеру, перед нами скромный двигатель грузовика с моментом 35 кгм при оборотах 3000 в минуту. Какова мощность? Тут отметим, что в расчетах всегда важен правильный выбор единиц измерений параметров. Угловую скорость измеряют в 1/сек. А момент? – В старых единицах это кгм. Получаем: N = 35 кгм . 0,1047 . 3000 1/сек = 10993 кгм/сек ≈ 146,6 л.с. А в современной системе СИ: 35 кгм = 343,35 Нм. Тогда N = 343,45 Нм • 0,1047 • 3000 1/сек ≈ 107846 Вт.
На всякий случай напомним, что 1 лс = 75 кгм/сек = 75 • 9,81 Нм/сек = 735,75 Вт. Поэтому 107846 Вт ≈ 146,6 л.с.
А теперь прикинем мощность «формульного» двигателя с таким же скромным моментом, но при оборотах 18 тысяч! Результат – 880 л.с. (647 кВт), которые обеспечивают машине роскошную динамику. Никакого чуда нет: чем больше циклов совершит наш «моментик» за одну секунду, тем больше и совершенная им работа. Еще пример. В авиатехнике ныне практически господствуют газотрубинные двигатели. Повторив наш расчет для небольшого двигателя, с оборотами свободной турбины 40 тысяч в минуту, получим мощность около 1950 л.с. или 1438 кВт. Момент турбины невелик, но ведь воздушный винт приводится от нее не напрямую, а через редуктор, – а уж «мощи» ему хватает!
Но вернемся к автомобилю. Как уже сказано, любому комфортней ездить на машине, у которой под капотом достаточно и мощности, и момента. Но многим приходится ездить на скромных авто, возможности коих, как нынче говорят, «очень бюджетные»! Всякий, кто не умеет вовремя переключать передачи, с ними испытывает неприятности. Значит, надо учиться, друзья. Ну а что делать владельцу авто с АКП? На смену недовольству двигателем зачастую приходят претензии к автомату. Нередко – справедливые, ведь у АКПП тоже случаются специфические болячки, требующие ремонта. Но часто они оказываются не обоснованными: современный автомобиль, насыщенный электроникой и настроенный изготовителем на строгое выполнение жестких экологических норм, вовсе не обязан подстраиваться под любую российскую лихость!
Гусеничному трактору дернуться и оборвать сцепку – плевое дело. Это похоже на выстрел из ружья – можно на миг и «формулу I» опередить. А дольше – никак. Ружье от ракеты отличается принципиально: последняя сохраняет нужное ускорение достаточно долго. В свое время, при стартах к Луне гигант «Сатурн 5» массой свыше 3100 т отделялся от пускового устройства мягко, как пассажирский поезд, – с ускорением чуть больше 1 м/сек2. А минут через пять, по мере выгорания топлива, настолько «терял в весе», что его скорость перед выключением первой ступени составляла 3 км/сек.
Низшая передача бульдозера крайне «коротка»: чуть «перекрутил» – тяга упала. А другие не лучше, – вон и «формула» уже растворилась за горизонтом, так что для серьезных игрищ «мощи» на гусеницах маловато.
Если пренебречь разницей в КПД передач (она невелика), то на любой передаче машину движут одни и те же киловатты. Но движут по-разному. Момент и тяговая сила на ведущих колесах подчиняются «золотому правилу»: сколько процентов выиграешь в скорости, столько потеряешь в силе. Это показывают рис. 1 и 2. Если двигатель заведомо слаб, с ним сильно не разгонишься.

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

Вся история современной транспортной техники – это непрерывная борьба за большие мощности. У наиболее знаменитых ракетоносителей они давно превысили 100 миллионов кВт. Это не ошибка — именно 100 000 000 000 Вт, или 100 ГигаВатт. И хотя притязания автомобилиста не столь велики, «прохватить» на динамичной машине всякий не прочь.
Главные враги любителя скорости – не гаишники, а силы, тормозящие движение, – от этих не откупишься! Мощность сопротивления воздуха вкупе с мощностью шинных потерь показаны на рис. 1 линией Nсопр.
(Желающие посчитать, могут воспользоваться следующими формулами. Nсопр. = Nw + Nf. Мощность аэродинамических потерь Nw для автомобиля весом 15000 Н при плотности воздуха 1,25 кг/м3, Сх = 0,3 и лобовой площади S = 2 • м2 составляет: Nw = (0,3 • 2 • 1,25)/2 • v3 = 0,375 v3 Вт. А мощность шинных потерь Nf = 0,015 • 15000 • v = 225 v Вт. При 100 км/ч Nсопр составляет лишь 14,5 кВт. А при 200 км/ч – 77 кВт. Разница впечатляет?)
Колеса автомобиля, борясь с мощностями сил сопротивления, при максимальной скорости полностью расходуют мощность, получаемую от двигателя. Но ее характеристика (например, показанная кривой N4 на рис.1) при полностью открытом дросселе похожа на гору с округлой макушкой, тогда как характеристика мощности сопротивлений Nсопр. поднимается как крутая парабола. Чтобы полностью использовать арсенал мощности двигателя – и получить максимум скорости V4 (на горизонтальной трассе, без ветра), передаточное число трансмиссии и размер шин подбирают так, чтобы кривая Nсопр пересекла кривую N4 возле вершины. Максимальные скорости на третьей и пятой передачах (V3 и V5) существенно ниже. Но на спуске или с ветром вдогон выгодней может стать пятая передача, а на подъеме или с ветром в лоб – третья.
Другие враги скорости – подъем дороги и встречный ветер. Подъем с углом всего 1,5% добавит к потерям в шинах еще столько же. Но еще коварней ветер. Его скорость сложится со скоростью машины относительно дороги, – и уже эту сумму в расчете затрат мощности надо возвести в куб! При скорости по спидометру 36 км/ч (10 м/сек) и ровном встречном ветре 5 м/сек мощность Nсопр вырастет лишь на 0,9 кВт, а вот при 180 км/ч (50 м/сек) – аж на 15,5 кВт. Но придуманный нами автомобиль так ехать не может… Маловато мощи! Максимальная скорость снизится почти на 20 км/ч.

Рис. 2 — Так зависит крутящий момент (М1….М5) или тяговая сила (Fтяг 1 …Fтяг 5) на ведущей оси от включенной передачи. При коэффициенте сцепления шин с дорогой 0,7 ведущая ось, нагруженная половиной веса машины (Gавтом = 15000 н), может создать реальную тяговую силу не больше Fмакс. доп. = 5250 Н.

На рис.2 величины крутящего момента М1…М5, а заодно и теоретические тяговые силы F1…F5 на ведущей оси, показаны одними и теми же кривыми, – ведь тяговые силы пропорциональны моментам. Величины сил – на вертикальной оси справа. Но тут важно учесть следующее.
Разгоняет машину не вся тяговая сила, а лишь избыточная – то есть разница между полной тяговой силой колес и сопротивлением воздуха. Отношение этой силы к весу машины академик Чудаков назвал динамическим фактором D. На первой передаче сопротивление воздуха мало, его можно не учитывать – считать, что машину разгоняет полная сила Fтяг.1. Но отталкиваться от дороги сильней, чем позволяет сцепление шин, невозможно! Если, например, ведущая ось несет половину веса машины – 7500 Н, то при коэффициенте сцепления φ = 0,7 тяговая сила не может превысить 35% ее веса. Это неплохо согласуется с такой официальной характеристикой любого автомобиля как предельно возможный угол подъема. С «моноприводом» трудно получить больше. Правда, у машины с задним приводом на подъемах ведущие колеса несколько догружаются весом машины, а вот передний тут невыгоден. Лучшая схема, но сложная и дорогая, – полный привод (конечно, не с такой скромной мощностью, как у «Нивы» или УАЗа!).
Если избыточная сила (на первой передаче, например) слишком велика, машина «шлифует» дорогу. Дело нелепое, нужно перейти на следующую передачу. А вот при разработке нового авто конструктор учитывает высокую мощность двигателя и ее следствие – тяговые силы в передаточных числах трансмиссии. Передачи проектируются как достаточно «длинные», расширяющие диапазон скоростей при достаточных ускорениях. А это значит, что и при более высоких скоростях действуют нужные тяговые силы (или моменты) на колесах. Иначе говоря, реализуется весь арсенал мощности! Значит, она все же важнее.

Споры на тему влияния мощности-момента ведутся давно, и конца им не видно. Вроде бы сто раз уже объясняли самыми разными способами, что тут к чему, а воз и ныне там. Вызывает неподдельный интерес, откуда все же берется заблуждение и почему оно такое устойчивое?
Причин видится две. Одна из них в том, что мощность есть функция от момента. Зависимость мощности от момента стоит барьером, который преодолеть оказывается непросто. Что странно. Поскольку очевидность того, что мощность есть функция не только от момента, но и от оборотов, не оспаривается, и тот факт, что у разных двигателей бывает весьма большой разброс по соотношению мощности к моменту, также не подвергается сомнению. То есть существует молчаливое согласие с тем, что мощность есть функция от двух аргументов — оборотов и момента, но при этом зависимость от оборотов как бы игнорируется. Почему?
А в этом и есть вторая, главная причина заблуждения. И ключевая фраза здесь: «Человек совершенно может не иметь понятие про мощность.А вот разницу в ускорении на 3 и 4 передаче он вполне способен почувствовать.» Ясно, что на динамику автомобиля оказывают большое влияние и передаточные числа КПП. На графике 1 видны кривые мощности двигателя, смещенные в зависимости от разных передаточных чисел и кривая сопротивлений. Видно, что с ростом передаточного числа динамика резко возрастает. Это очевидно и вопросов не вызывает. Странно, что не менее очевидный факт, что бОльшая часть времени при разгоне приходится вовсе не на 1 и 2 передачи, а на 3-4, при этом упускается из виду.
При разгоне здравомыслящий водитель пользуется всеми четырьмя передачами и весьма широким диапазоном частот вращения двигателя. При этом редко задумывается о том, что динамика разгона на высокой скорости мала и плохо ощущается, но именно на нее и приходится львиная доля времени разгона (по той простой причине, повторю, что на высших передачах динамика хуже и потому занимае

Как рассчитать крутящий момент электродвигателя

Крутящий момент электродвигателя – это сила вращения его вала. Именно момент вращения определяет мощность Вашего двигателя. Измеряется в ньютонах на метр или в килограмм-силах на метр.

Виды крутящих моментов:

  • Номинальный – значение момента при стандартном режиме работы и стандартной номинальной нагрузке на двигатель.
  • Пусковой – это табличное значение. Сила вращения, которую в состоянии развивать электродвигатель при пуске. При подборе эл двигателя убедитесь, что данный параметр выше, чем статический момент Вашего оборудования — насоса, либо вентилятора и т.д. В противном случае электродвигатель не сможет запуститься, что чревато перегревом и перегоранием обмотки.
  • Максимальный – предельное значение, по достижении которого нагрузка уравновесит двигатель и остановит его.

Таблица крутящих моментов электродвигателей

В данной таблице собраны крутящие моменты наиболее распространенных в Украине электродвигателей АИР, а также требуемый при пуске – пусковой, максимально допустимый для данного типа электродвигателя – максимальный крутящий момент и момент инерции двигателей АИР (усилие важное при подборе электромагнитного тормоза, например)

Двигатель
кВт/об
Мном, Нм
Мпуск, Нм
Ммакс, Нм
Минн, Нм
АИР56А2
0,18/2730
0,630
1,385
1,385
1,133
АИР56В2
0,25/2700
0,884
1,945
1,945
1,592
АИР56А4
0,12/1350
0,849
1,868
1,868
1,528
АИР56В4
0,18/1350
1,273
2,801
2,801
2,292
АИР63А2
0,37/2730
1,294
2,848
2,848
2,330
АИР63В2
0,55/2730
1,924
4,233
4,233
3,463
АИР63А4
0,25/1320
1,809
3,979
3,979
3,256
АИР63В4
0,37/1320
2,677
5,889
5,889
4,818
АИР63А6
0,18/860
1,999
4,397
4,397
3,198
АИР63В6
0,25/860
2,776
6,108
6,108
4,442
АИР71А2
0,75/2820
2,540
6,604
6,858
4,064
АИР71В2
1,1/2800
3,752
8,254
9,004
6,003
АИР71А4
0,55/1360
3,862
8,883
9,269
6,952
АИР71В4
0,75/1350
5,306
13,264
13,794
12,733
АИР71А6
0,37/900
3,926
8,245
8,637
6,282
АИР71В6
0,55/920
5,709
10,848
12,560
9,135
АИР71В8
0,25/680
3,511
5,618
6,671
4,915
АИР80А2
1,5/2880
4,974
10,943
12,932
8,953
АИР80В2
2,2/2860
7,346
15,427
19,100
13,223
АИР80А4
1,1/1420
7,398
16,275
17,755
12,576
АИР80В4
1,5/1410
10,160
22,351
24,383
17,271
АИР80А6
0,75/920
7,785
16,349
17,128
12,457
АИР80В6
1,1/920
11,418
25,121
26,263
20,553
АИР80А8
0,37/680
5,196
10,393
11,952
7,275
АИР80В8
0,55/680
7,724
15,449
16,221
10,814
АИР90L2
3/2860
10,017
23,040
26,045
17,030
АИР90L4
2,2/1430
14,692
29,385
35,262
29,385
АИР90L6
1,5/940
15,239
30,479
35,051
28,955
АИР90LА8
0,75/700
10,232
15,348
20,464
15,348
АИР90LВ8
1,1/710
14,796
22,194
32,551
22,194
АИР100S2
4/2850
13,404
26,807
32,168
21,446
АИР100L2
5,5/2850
18,430
38,703
44,232
29,488
АИР100S4
3/1410
20,319
40,638
44,702
32,511
АИР100L4
4/1410
27,092
56,894
65,021
43,348
АИР100L6
2,2/940
22,351
42,467
49,172
35,762
АИР100L8
1,5/710
20,176
32,282
40,352
30,264
АИР112М2
7,5/2900
24,698
49,397
54,336
39,517
АИР112М4
5,5/1430
36,731
73,462
91,827
58,769
АИР112МА6
3/950
30,158
60,316
66,347
48,253
АИР112МВ6
4/950
40,211
80,421
88,463
64,337
АИР112МА8
2,2/700
30,014
54,026
66,031
42,020
АИР112МВ8
3/700
40,929
73,671
90,043
57,300
АИР132М2
11/2910
36,100
57,759
79,419
43,320
АИР132S4
7,5/1440
49,740
99,479
124,349
79,583
АИР132М4
11/1450
72,448
173,876
210,100
159,386
АИР132S6
5,5/960
54,714
109,427
120,370
87,542
АИР132М6
7,5/950
75,395
150,789
165,868
120,632
АИР132S8
4/700
54,571
98,229
120,057
76,400
АИР132М8
5,5/700
75,036
135,064
165,079
105,050
АИР160S2
15/2940
48,724
97,449
155,918
2,046
АИР160М2
18,5/2940
60,094
120,187
192,299
2,884
АИР180S2
22/2940
71,463
150,071
250,119
4,288
АИР180М2
30/2940
97,449
214,388
341,071
6,821
АИР200М2
37/2950
119,780
275,493
383,295
16,769
АИР200L2
45/2940
146,173
380,051
584,694
19,003
АИР225М2
55/2955
177,750
408,824
710,998
35,550
АИР250S2
75/2965
241,568
628,078
966,273
84,549
АИР250М2
90/2960
290,372
784,003
1161,486
116,149
АИР280S2
110/2960
354,899
887,247
1171,166
212,939
АИР280М2
132/2964
425,304
1233,381
1488,563
297,713
АИР315S2
160/2977
513,268
1231,844
1693,786
590,259
АИР315М2
200/2978
641,370
1603,425
2116,521
962,055
АИР355SMA2
250/2980
801,174
1281,879
2403,523
2163,171
АИР160S4
15/1460
98,116
186,421
284,538
7,457
АИР160М4
18,5/1460
121,010
229,920
350,930
11,375
АИР180S4
22/1460
143,904
302,199
402,932
15,110
АИР180М2
30/1460
196,233
470,959
588,699
27,276
АИР200М4
37/1460
242,021
532,445
847,072
46,952
АИР200L4
45/1460
294,349
647,568
941,918
66,229
АИР225М4
55/1475
356,102
997,085
1317,576
145,289
АИР250S4
75/1470
487,245
1218,112
1559,184
301,605
АИР250М4
90/1470
584,694
1461,735
1871,020
467,755
АИР280S4
110/1470
714,626
2072,415
2429,728
578,847
АИР280М4
132/1485
848,889
1697,778
2886,222
1612,889
АИР315S4
160/1487
1027,572
2568,931
3802,017
2363,416
АИР315М4
200/1484
1287,062
3217,655
4247,305
3603,774
АИР355SMA4
250/1488
1604,503
3690,356
4492,608
8985,215
АИР355SMВ4
315/1488
2021,673
5054,183
5862,853
12534,375
АИР355SMС4
355/1488
2278,394
5012,466
6151,663
15493,078
АИР160S6
11/970
108,299
205,768
314,067
12,021
АИР160М6
15/970
147,680
339,665
443,041
20,675
АИР180М6
18,5/970
182,139
400,706
546,418
29,324
АИР200М6
22/975
215,487
517,169
711,108
50,209
АИР200L6
30/975
293,846
617,077
881,538
102,846
АИР225М6
37/980
360,561
721,122
1081,684
186,050
АИР250S6
45/986
435,852
784,533
1307,556
440,210
АИР250М6
55/986
532,708
1012,145
1811,207
633,922
АИР280S6
75/985
727,157
1454,315
2326,904
1090,736
АИР280М6
90/985
872,589
1745,178
2792,284
1657,919
АИР315S6
110/987
1064,336
1809,372
2873,708
4044,478
АИР315М6
132/989
1274,621
2166,855
3696,400
5735,794
АИР355МА6
160/993
1538,771
2923,666
3539,174
11848,540
АИР355МВ6
200/993
1923,464
3654,582
4423,968
17118,832
АИР355MLA6
250/993
2404,330
4568,228
5529,960
25485,901
AИР355MLB6
315/992
3032,510
6065,020
7278,024
40029,133
АИР160S8
7,5/730
98,116
156,986
235,479
13,246
АИР160М8
11/730
1007,329
1712,459
2417,589
181,319
АИР180М8
15/730
196,233
333,596
529,829
41,994
АИР200М8
18,5/728
242,685
509,639
606,714
67,952
АИР200L8
22/725
289,793
579,586
724,483
88,966
АИР225М8
30/735
389,796
701,633
1052,449
214,388
АИР250S8
37/738
478,794
861,829
1196,985
481,188
АИР250М8
45/735
584,694
1052,449
1520,204
695,786
АИР280S8
55/735
714,626
1357,789
2143,878
1071,939
АИР280М8
75/735
974,490
1754,082
2728,571
1851,531
АИР315S8
90/740
1161,486
1509,932
2671,419
4413,649
АИР315М8
110/742
1415,768
2265,229
3964,151
6370,957
АИР355SMA8
132/743
1696,635
2714,616
3902,261
12215,774
AИР355SMB8
160/743
2056,528
3496,097
4935,666
18097,443
AИР355MLA8
200/743
2570,659
4627,187
6940,781
26991,925
AИР355MLB8
250/743
4498,654
7647,712
10796,770
58032,638
Расчет крутящего момента – формула

Примечание: при расчете стоит учесть коэффициент проскальзывания асинхронного двигателя. Номинальное количество оборотов двигателя не совпадает с реальным. Точное количество оборотов вы сможете найти, зная маркировку, в таблице выше.

Расчет онлайн

Для расчета крутящего момента электродвигателя онлайн введите значение мощности ЭД и реальную угловую скорость (количество оборотов в минуту)

тут будет калькулятор

После расчета крутящего момента, посмотрите схемы подключения асинхронных электродвигателей звездой и треугольником на сайте «Слобожанского завода»

Крутящий момент формула расчета — Автомобильный портал AutoMotoGid

Лучшие ответы в теме

Заку.Если редуктор понижающий на выходном валу (там где отбирается мощность) обороты выходного вало уменьшатся, а крутящий момент возрастет.Насколько возрастет зависит от ПЕРЕДАТОЧНОГО числа редуктора.Узнать это число просто.Нужно посчитать сколько сделает оборотов входной вал пока выходной вал сделает один оборот.Вообще-то это число должно быть указано на табличке.Для вашего случая входные обороты делим на передаточное число, получаем выходные обороты.Или входной крутящий момент УМНОЖАЕМ на .

Друзья. Всё ещё проще. КПД редуктора, как правило пренебрегают, т.к. в любом случае мощность выбирается с запасом. А считать по формуле: Q= P/n где Q- момент на валу.(кг*м) P-мощность (вт) n- обороты в минуту Если хотите момент на валу в N*m – надо умножить на 9.8

Вопрос конечно интересный. Хотя для специалиста это не вопрос. Но специалисты молчат и я рискну изложить ход своих мыслей. Мощность двигателя и мощность на вторичном валу можно принять равными, если не учитывать КПД редуктора. Наверное КПД зависит от типа передачи ( червячная, цилиндрическая, клиноременная, глобоидная и другие, о которых я и не догадываюсь), от количества ступеней и других факторов. Вряд ли он будет меньше 0.8. Дальше. Мощность – работа за единицу времени. Зная эту раб.

Крутящий момент асинхронного электродвигателя

Крутящий момент электродвигателя – это сила вращения его вала. Именно момент вращения определяет мощность Вашего двигателя. Измеряется в ньютонах на метр или в килограмм-силах на метр.

Крутящий момент электродвигателя таблица

В данной таблице собраны крутящие моменты наиболее распространенных в Украине электродвигателей АИР, а также требуемый при пуске – пусковой, максимально допустимый для данного типа электродвигателя – максимальный крутящий момент и момент инерции двигателей АИР (усилие важное при подборе электромагнитного тормоза, например)

Номинальный

Номинальный – значение момента при стандартном режиме работы и стандартной номинальной нагрузке на двигатель.

Пусковой

Пусковой – это табличное значение. Сила вращения, которую в состоянии развивать электродвигатель при пуске.

При подборе эл двигателя убедитесь, что данный параметр выше, чем статический момент Вашего оборудования – насоса, либо вентилятора и т.д. В противном случае электродвигатель не сможет запуститься, что чревато перегревом и перегоранием обмотки.

Максимальный

Максимальный – предельное значение, по достижении которого нагрузка уравновесит двигатель и остановит его.

Расчет крутящего момента – формула

Примечание: при расчете стоит учесть коэффициент проскальзывания асинхронного двигателя. Номинальное количество оборотов двигателя не совпадает с реальным. Точное количество оборотов вы сможете найти, зная маркировку, в таблице выше.

Расчет онлайн

Для расчета крутящего момента электродвигателя онлайн введите значение мощности ЭД и реальную угловую скорость (количество оборотов в минуту)

тут будет калькулятор

После расчета крутящего момента, посмотрите схемы подключения асинхронных электродвигателей звездой и треугольником на сайте «Слобожанского завода»

Харьков, Полтавский шлях, 56, тел.: +38 (050) 775-43-34

© 2017 Слобожанский электромеханический завод. Все права защищены

Мощность двигателя – важнейший его показатель. Как в плане эксплуатации, так и в плане начисления налогов на авто. Крутящий момент нередко путают с мощностью или упускают его из виду в процессе оценки ходовых качеств авто. Многие упрощают автомобиль, считая, что большое количество лошадиных сил – главное преимущество любого мотора. Однако, вращающий момент – более важный показатель. Особенно, если автомобиль не предполагается использовать в качестве спортивного.

Что такое крутящий момент

Крутящим моментом называют единицу силы, которая необходима для поворота коленчатого вала ДВС. Эта не «лошадиная сила», которой должна обозначаться мощность.

ДВС вырабатывает кинетическую энергию, вращая таким образом коленвал. Показатель мощности двигателя (сила давления) зависит от скорости сгорания топлива. Крутящий момент – результат от действия силы на рычаг. Эта сила в физике считается в ньютонах. Длина плеча коленвала считается в метрах. Поэтому обозначение крутящего момента – ньютон-метр.

Технически, крутящий момент – это усилие, которое должно осуществляться двигателем для разгона и движения машины. При этом сила, оказывающая действие на поршень, пропорциональна объему двигателя.

Маховик – одна из важнейших деталей, которая должна через редуктор передавать вращательный момент от мотора к коробке передач, от стартера на коленвал, от коленвала на нажимной диск. Собственно, крутящий момент – итог давления на шатун.

Формула расчета крутящего момента

Показатель КМ рассчитывается так: мощность (в л. с.) равно крутящий момент (в Нм) умножить на обороты в минуту и разделить на 5,252. При меньших чем 5,252 значениях крутящий момент будет выше мощности, при больших – ниже.

В пересчете на принятую в России систему (кгм – килограмм на метр) – 1кг = 10Н, 1 см = 0,01м. Таким образом 1 кг х см = 0,1 Н х м. Посчитать вращательный момент в разных системах измерений ньютоны/килограммы и т.д. поможет конвертер – в практически неизменном виде он доступен на множестве сайтов, с его помощью можно определять данные по практически любому мотору.

График:

На графике изображена зависимость крутящего момента двигателя от его оборотов

От чего зависит крутящий момент

На КМ будут влиять:

  • Объем двигателя.
  • Давление в цилиндрах.
  • Площадь поршней.
  • Радиус кривошипа коленвала.

Основная механика образования КМ заключается в том, что чем больше двигатель по объему, тем сильней он будет нагружать поршень. То есть – будет выше значение КМ. Аналогична взаимосвязь с радиусом кривошипа коленвала, но это вторично: в современных двигателях этот радиус сильно изменить нельзя.

Давление в камере сгорания – не менее важный фактор. От него напрямую зависит сила, давящая на поршень.

Для снижения потерь крутящего момента при тряске машины во время резкого газа можно использовать компенсатор. Это специальный (собранный вручную) демпфер, компенсация которого позволит сохранить вращающий момент и повысить срок эксплуатации деталей.

На что влияет крутящий момент

Главная цель КМ – набор мощности. Часто мощные моторы обладают низким показателем КМ, поэтому не способны разогнать машину достаточно быстро. Особенно это касается бензиновых двигателей.

ВАЖНО! При выборе авто стоит рассчитать оптимальное соотношение вращательного момента с количеством оборотов, на которых чаще всего мотор будет работать. Если держать вращательный момент на соответствующем уровне, это позволит оптимально реализовать потенциал двигателя.

Высокий КМ также может влиять на управляемость машины, поэтому при резком увеличении скорости не лишним будет использование системы TSC. Она позволяет точнее направлять авто при резком разгоне.

Широко распространенный 8-клапанный двигатель ВАЗ выдает вращательный момент 120 (при 2500-2700 оборотах). Ручная коробка или АКПП стоит на машине – не принципиально. При использовании КПП немаловажен опыт водителя, на автоматической коробке плавный старт обеспечивает преобразователь.

Как увеличить крутящий момент

Увеличение рабочего объема. Чтобы повышать КМ используются разные методы: замена установленного коленвала на вал с увеличенным эксцентриситетом (редко встречающаяся запчасть, которую трудно находить) или расточка цилиндров под больший диаметр поршней. Оба способа имеют свои плюсы и минусы. Первый требует много времени на подбор деталей и снижает долговечность двигателя. Второй, увеличение диаметра цилиндров с помощью расточки, более популярен. Это может сделать практически любой автосервис. Там же можно настроить карбюратор для повышения КМ.

Изменение величины наддува. Турбированные двигатели позволяют достичь более высокого показателя КМ благодаря особенностям конструкции – возможности отключить ограничения в блоке управления компрессором, который отвечает за наддув. Манипуляции с блоком позволят повысить объем давления выше максимума, указанного производителем при сборке автомобиля. Способ можно назвать опасным, поскольку у каждого двигателя есть лимитированный запас нагрузок. Кроме того, часто требуются дополнительные усовершенствования: увеличение камеры сгорания, приведение охлаждения в соответствие повышенной мощности. Иногда требуется отрегулировать впускной клапан, иногда – сменить распредвал. Может потребоваться замена чугунного коленвала на стальной, замена поршней.

Изменение газодинамики. Редко используемый вариант, поскольку двигатель – сложная конструкция, созданием которого занимаются профессионалы. Теоретически можно придумать, как убрать ограничения, заложенные конструкторами для увеличения срока эксплуатации двигателя и его деталей. Но на практике, если убрать ограничитель, результат не гарантирован, поскольку поменяются все характеристики: например, динамика вырастет, но шина не будет цепляться за дорогу. Чтобы усовершенствовать двигатель такие образом надо быть не просто автомобильным конструктором, но и математиком, физиком и т.д.

ВАЖНО! Простой способ повысить КМ – использовать масляный фильтр. Он снизит засорение двигателя и продлит срок эксплуатации всех деталей.

Определение крутящего момента на валу

Что такое мощность двигателя и крутящий момент. Как рассчитать мощность мотора

Автор Павел Александрович Белоусов На чтение 6 мин. Просмотров 148

Мощность двигателя – это величина, показывающая, какую работу способен совершить мотор в единицу времени. То есть то количество энергии, которую двигатель передает на трансмиссию за определенный временной промежуток. Измеряется в киловаттах (кВт) или лошадиных силах (л. с.).

Как рассчитывается мощность двигателя?

Расчет мощности мотора проводится несколькими способами. Самый доступный способ – через крутящий момент. Умножаем крутящий момент на угловую скорость – получаем мощность двигателя.

N_дв=M∙ω=2∙π∙M∙n_дв

где:

N_дв – мощность двигателя, кВт;

M – крутящий момент, Нм;

ω – угловая скорость вращения коленчатого вала, рад/сек;

π – математическая постоянная, равная 3,14;

n_дв – частота вращения двигателя, мин-1.

Мощность рассчитывается и через среднее эффективное давление. Камера сгорания имеет определенный объем. Разогретые газы воздействуют на поршень в цилиндре с определенным давлением. Двигатель вращается с некоторой частотой. Произведение объема двигателя, среднего эффективного давления и частоты вращения, поделенное на 120, и даст теоретическую мощность двигателя в кВт.

N_дв=(V_дв∙P_эфф∙n_дв)/120

где:

V_дв – объем двигателя, см3;

P_эфф – эффективное давление в цилиндрах, МПа;

120 – коэффициент, применяемый для расчета мощности четырехтактного двигателя (у двухтактных ДВС этот коэффициент равен 60).

Для расчета лошадиных сил киловатты умножаем на 0,74.

N_(дв л.с.)=N_дв∙0,74

где:

N_дв л.с. – мощность двигателя в лошадиных силах, л. с.

Другие формулы мощности двигателя используются в реальных расчетах реже. Эти формулы включают в себя специфичные переменные. И чтобы измерить мощность двигателя по другим методикам, нужно знать производительность форсунок или массу потребленного двигателем воздуха.

На практике расчет мощности автопроизводители выполняют эмпирическим способом, то есть замеряют на стенде и строят график зависимости по факту, на основании полученных во время испытаний показателей.

Мощность двигателя – величина непостоянная. Для каждого мотора есть кривая, которая отображает на графике зависимость мощности от частоты вращения коленчатого вала. До определенного пика, примерно до 4-5 тысяч оборотов, мощность растет пропорционально оборотам. Далее идет плавное отставание роста мощности, кривая наклоняется. Примерно к 7-8 тысячам оборотов мощность идет на спад. Сказывается перекрытие клапанов на большой частоте вращения коленвала и падение КПД мотора из-за недостаточно интенсивного газообмена.

Чтобы узнать мощность двигателя, обратитесь к инструкции по эксплуатации авто. В разделе с техническими характеристиками мотора будет указана мощность и обороты, при которых она достигает пикового значения. Если мощность указана киловаттах, чтобы рассчитать лошадиные силы двигателя, воспользуйтесь приведенной выше формулой. В некоторых случаях автопроизводитель предоставляет график, на котором есть зависимость мощности двигателя и крутящего момента от частоты оборотов.

Видео: Простыми словами без сложных формул и расчетов, что такое мощность, крутящий момент и обороты двигателя.

Мощность ДВС определяет, насколько быстро автомобиль способен передвигаться или ускоряться (совершать работу). Полезная мощность двигателя рассчитывается с учетом потерь в трансмиссии, то есть указывает, сколько от изначальной мощности мотора по факту доходит до колес авто.

Что такое крутящий момент

Крутящий момент в двигателе автомобиля – это вращающая сила, которая численно равна произведению приложенной силы (давление раскаленных газов на поршень) на плечо (расстояние между осями коренных и шатунных шеек коленчатого вала в проекции, перпендикулярной оси вращения коленвала). Измеряется крутящий момент в ньютонах на метр (Нм).

Крутящий момент ДВС зависит от силы давления на поршень и расстояния между коренными и шатунными шейками. Зависимость здесь прямая. Чем больше плечо и чем больше давление на поршень – тем больше крутящий момент двигателя.

У дизельных двигателей степень сжатия больше. Больше и ход поршня в цилиндре (при равном с бензиновым мотором диаметре цилиндров). А это значит, что и расстояние между коренными и шатунными шейками будет больше. То есть длиннее плечо. За счет большей степени сжатия при рабочем такте у дизелей выше сила, давящая на поршень. Крутящий момент в дизельных моторах при прочих равных больше, чем в бензиновых.

Крутящий момент влияет на то, сколько энергии отдает мотор в текущий момент времени. Крутящий момент есть та величина, которая определяет фактически передаваемую в данный момент времени энергию на трансмиссию. Чем больше момент, тем сильнее тяга двигателя при текущих оборотах.

Что лучше: мощность или крутящий момент

Мощность и крутящий момент двигателя – величины взаимосвязанные. Это хорошо видно в формуле из первого пункта.

Пик крутящего момента на графике зависимости от частоты вращения мотора появляется раньше, чем пик мощности. Это справедливо как для дизельных, так и для бензиновых моторов. Однако у дизелей крутящий момент достигается раньше, и плато (интервал частоты вращения при пиковом значении) длиннее. У бензиновых ДВС мощность выше, хотя для ее достижения нужно раскрутить мотор почти до максимальных оборотов.

Сказать определенно, что лучше: мощность или крутящий момент, нельзя. Все зависит от случая. Трансмиссия современного авто способна трансформировать эти величины под требуемые условия. Поясним на примерах.

Для тяжелой техники, которой важна тяга в широком диапазоне оборотов, важнее крутящий момент. Мотор должен хорошо тянуть. Раскручивать его до предельных оборотов не нужно. Отчасти поэтому почти вся коммерческая техника оснащается дизельными моторами.

В гоночных автомобилях важнее мощность. Моторы этих авто по оборотам пилоты во время заездов держат в красной зоне. Двигатель отдает максимальную мощность. А трансмиссия преобразовывает мощность в тягу.

Для гражданских авто важен стиль вождения. Для езды на автомате подойдут оба мотора. Автоматическая трансмиссия будет держать мотор в диапазоне оборотов, при которых двигатель отдает максимум своего потенциала.

Для агрессивной езды на механике с раскручиванием двигателя в красную зону тахометра лучше подойдет бензиновый мотор. Но в этом случае нужно понимать, что для получения максимальной производительности от мотора потребуется держать его на пике оборотов и часто переключать передачи. Пик мощности у бензинового ДВС имеет малый диапазон и находится около максимальных оборотов. Для уверенных обгонов и ускорений нужно будет понижать передачу и раскручивать двигатель.

Для размеренной езды, особенно в городе, больше подходит дизель. Для обгона на дизельном авто зачастую не потребуется переходить на пониженную передачу, а высокий крутящий момент в широком диапазоне оборотов позволит реже переключаться.

Формула крутящего момента (момент инерции и угловое ускорение)

При вращательном движении крутящий момент требуется для создания углового ускорения объекта. Величина крутящего момента, необходимого для создания углового ускорения, зависит от распределения массы объекта. Момент инерции — это величина, описывающая распределение. Его можно найти путем интегрирования по массе всех частей объекта и их расстояниям до центра вращения, но также можно найти моменты инерции для общих форм.Крутящий момент на данной оси является произведением момента инерции и углового ускорения. Единицы крутящего момента — ньютон-метры (Н ∙ м).

крутящий момент = (момент инерции) (угловое ускорение)

τ = Iα

τ = крутящий момент вокруг определенной оси (Н ∙ м)

I = момент инерции (кг ∙ м 2 )

α = угловое ускорение (радиан / с 2 )

Формула крутящего момента Вопросы:

1) Момент инерции твердого диска равен, где M — масса диска, а R — радиус.Каждое колесо игрушечной машинки имеет массу 0,100 кг и радиус 20,0 см. Если угловое ускорение колеса составляет 1,00 радиан / с 2 , каков крутящий момент?

Ответ: Крутящий момент можно найти с помощью формулы крутящего момента и момента инерции твердого диска. Крутящий момент:

τ = Iα

τ = 0,0020 Н ∙ м

Крутящий момент, прилагаемый к одному колесу, составляет 0,0020 Н ∙ м.

2) Момент инерции тонкого стержня, вращающегося на оси, проходящей через его центр, равен, где M — масса, а L — длина стержня.Предположим, что лопасть вертолета представляет собой тонкий стержень массой 150,0 кг и длиной 8,00 м. Какой крутящий момент требуется для достижения углового ускорения 18,00 радиан / с 2 ?

Ответ: Крутящий момент можно найти с помощью формулы крутящего момента и момента инерции тонкого стержня. Крутящий момент:

τ = Iα

τ = 14 400 Н ∙ м

Требуемый крутящий момент составляет 14 400 Н ∙ м.

.

Калькулятор крутящего момента болта

Соотношение между прилагаемым крутящим моментом и осевой силой — или нагрузкой — в болте может быть рассчитано в этом общем уравнении как

T = KF d (1 — л / 100) (1)

где

T = крутящий момент ключа (Нм, фунт f футов)

K = постоянная, которая зависит от материала и размера болта

d = номинальный диаметр болта (м, фут)

F = осевое усилие болта (Н, фунт f )

l = коэффициент смазки (%)

Типичные значения для K с болтами из мягкой стали в диапазоне от 1/4 «до 1»:

  • нормальная сушка: K = 0.2
  • без покрытия, черное покрытие: K = 0,3
  • оцинкованное: K = 0,2
  • слегка смазанное: K = 0,18
  • с кадмиевым покрытием: K = 0,16

Примечание ! — имейте в виду, что это грубый расчет, в который не входит шаг винта. Типичные моменты затяжки болтов в метрической и британской системе указаны по ссылкам ниже:

Производственные данные всегда следует проверять перед использованием.

Кроме того, точность динамометрического ключа обычно не лучше + -25%.

Типичный крутящий момент болта в метрической и британской системе

Калькулятор момента затяжки болта

Калькулятор ниже может использоваться для расчета крутящего момента, необходимого для достижения заданного осевого усилия или нагрузки на болт. Калькулятор является универсальным и может использоваться для британских и метрических единиц при условии, что единицы используются последовательно.

K — постоянная

d — диаметр болта (м, фут)

F — осевое усилие или нагрузка болта (Н, фунт f )

снижение крутящего момента из-за смазки (%)

Обратите внимание, что стандартные крутящие моменты в сухом состоянии обычно рассчитываются для создания растягивающего напряжения — или осевого усилия, или зажимной нагрузки — в болте, равного 70% минимальной прочности на разрыв или 75% условного сопротивления.

Пример — Требуемый крутящий момент для затяжки болта с дюймовой системой мер

Требуемое усилие зажима болта для соединения составляет 20000 фунтов . Крутящий момент, необходимый для сухого стального болта 3/4 « со смазкой 0% для достижения этого натяжения, можно рассчитать как

T сухой = (0,2) (20000 фунтов) (0,75 дюйма) (1 / 12 футов / дюйм) (1 — (0%) / (100%))

= 250 (фунт на футов)

Пример — Требуемый момент затяжки метрического болта до испытательной нагрузки

Испытательная нагрузка для метрического болта M30 град. 8.8 — 337000 N . Крутящий момент, необходимый для достижения этого натяжения с сухим болтом со смазкой 0% , можно рассчитать как

T без смазки = (0,2) ( 337000 Н ) (30 мм) (10 -3 м / мм)

= 2022 (Нм)

Смазка болта маслом SAE 30 снижает крутящий момент, необходимый для достижения такого же натяжения, примерно на 40%. Приведенный крутящий момент может быть рассчитан

T SAE30 = (2022 Нм) (1 — (40%) / (100%))

= 1213 Нм

Усилие болта vs.Крутящий момент

Ур. 1 можно переставить, чтобы выразить усилие болта как

F = T / (K d (1 — л / 100)) (1a)

Пример — болт без смазки и сухой

Испытательная нагрузка для M30 Болт метрический град. 8,8 — 337000 Н . Крутящий момент, необходимый для достижения этой силы с сухим болтом , рассчитывается как 2022 Нм .

При выходе из строя болт смазывают и затягивают с тем же моментом 2022 Нм .Сила, действующая в смазанном болте, может быть рассчитана как

F со смазкой = (2022 Нм) / (0,2 (0,03 м) (1 — (40%) / (100%)))

= 561667 N

Это намного больше, чем может выдержать болт, и вероятен фатальный отказ .

Калькулятор силы болта

Этот калькулятор можно использовать для вычисления силы, действующей на болт.

T — крутящий момент (Нм, фунт f футов)

K — постоянный

d — диаметр болта (м, фут)

Снижение крутящего момента из-за смазки (%)

.

Урок физики — Расчет крутящего момента и мощности из журналов данных

Урок физики — Расчет крутящего момента и мощности из журналов данных

Автор: Хием Динх

Хием Динь — инженер Технологии на момент написания этой статьи. Все заявления и мнения, выраженные Кхием Дином, принадлежат исключительно Кхием Дину и не отражают Honeywell Turbo Technologies.

Движением автомобилей управляет физика, поэтому использование некоторых основ физики и данных позволяет нам вычислять крутые вещи. Всем нравятся крутые вещи, верно? В современном автомобиле есть электроника, которая дает нам возможность собирать полезные данные, позволяя рассчитывать полезные вещи. В этом случае мы собираемся вычислить крутящий момент и мощность, превратив себя в виртуальный динамометрический стенд.

Недавно у меня была установлена ​​Hondata KPro, позволяющая получать необходимые данные. Для расчета крутящего момента и мощности необходимо регистрировать только частоту вращения двигателя и время.Используя только эти два параметра, мы можем применить хорошее значение F = ma (Сила = масса x ускорение). Нам действительно нужно знать другие параметры, характерные для автомобиля, чтобы выполнить расчеты: размер шин, вес автомобиля, передаточные числа, главную передачу, коэффициент лобового сопротивления, площадь лобовой поверхности и плотность воздуха.

Во-первых, нам нужно взглянуть на силы, действующие на автомобиль. У нас есть сила в колесах, толкающая автомобиль вперед, и сила аэродинамического сопротивления, толкающая автомобиль в противоположном направлении.Разница между ними — остающаяся сила, обеспечивающая ускорение. Конечная скорость — это ситуация, когда сила сопротивления равна силе на колесах, что приводит к нулевой силе ускорения. Я назвал силу, действующую на шину, чистой силой, поскольку есть также потери на трение; На самом деле нет хорошего способа отделить потери на трение от силы, приложенной к шинам (которую я назвал общей силой), поэтому я сложил их вместе в чистую силу. Это эквивалент измерения крутящего момента на колесах на динамометрическом стенде, где автомобиль привязан к роликам.

Основное уравнение, необходимое для расчета крутящего момента и мощности: F = ma. Мы знаем массу автомобиля, поэтому нам нужно вычислить ускорение автомобиля, которое дает нам силу. Помните обороты двигателя и время, которое мы регистрировали? Мы собираемся использовать эту информацию для расчета скорости, дающей нам ускорение и силу сопротивления. Знание этих двух вещей дает нам чистую силу на шинах.

Чтобы получить скорость, нам нужно знать, с какой скоростью вращается шина, а также окружность шины.Расчет длины окружности шины — это простой вопрос установки и изменения ширины шины, соотношения сторон и диаметра колеса. Скорость вращения шины вычисляется путем деления скорости двигателя на передачу. В случае S2000 он имеет редуктор первичной передачи в дополнение к каждому индивидуальному передаточному числу и главной передаче.

Теперь, когда мы знаем скорость, осталось просто вычислить ускорение. За счет ускорения мы получаем чистую силу на шине. Используя значение чистой силы и радиус шины, мы можем рассчитать крутящий момент на шине.Для преобразования в крутящий момент на двигателе (измеренный на колесах / шинах, таких как большинство динамометрических стендов), значение крутящего момента на шине делится на передачу. Как только вы узнаете крутящий момент двигателя, мощность в лошадиных силах станет просто уравнением.

Связанные .

Расчет размеров двигателя

Правильный размер и выбор двигателя для вашего оборудования являются ключом к обеспечению производительности, надежности и стоимости оборудования. В дополнение к приведенной ниже информации по правильному подбору двигателя Oriental Motor предлагает онлайн-инструменты для определения размеров двигателя, а также помощь сотрудников нашей службы технической поддержки.

Наша служба технической поддержки готова помочь вам правильно определить размер и выбрать двигатель в зависимости от вашего индивидуального применения.Просто позвоните по телефону 1-800-GO-VEXTA (468-3982) (с понедельника по пятницу с 7:30 до 17:00 по тихоокеанскому стандартному времени).

Процедура выбора

Первый шаг — определить приводной механизм для вашего оборудования. Некоторые примеры: прямое вращение, шариковый винт, ремень и шкив или рейка и шестерня. Наряду с типом приводного механизма необходимо также определить размеры, массу, коэффициент трения и т. Д., Необходимые для расчета нагрузки:

  • Размеры и масса (или плотность) груза
  • Размеры и масса (или плотность) каждой детали
  • Коэффициент трения скользящей поверхности каждой подвижной части

Далее вам необходимо будет определить требуемые характеристики оборудования:

  • Скорость движения и время работы
  • Расстояние позиционирования и время позиционирования
  • Разрешение
  • Точность остановки
  • Удержание позиции
  • Электропитание и напряжение
  • Операционная среда
  • Особенности и требования, такие как; Открытый цикл, замкнутый цикл, программируемый, обратная связь, рейтинг IP, утверждения агентов и т. Д.

Чтобы определить необходимую мощность двигателя, необходимо вычислить три фактора; Момент инерции, крутящий момент и скорость. (Обратитесь к нижеследующим разделам по расчетам для каждого.)

После того, как вы рассчитали инерцию, крутящий момент и скорость двигателя, вы выберете тип двигателя на основе требуемых характеристик. Oriental Motor предлагает широкий ассортимент шаговых двигателей, серводвигателей, двигателей переменного тока и бесщеточных двигателей для удовлетворения конкретных потребностей вашего оборудования.

Наконец, после выбора типа двигателя вы сделаете окончательное определение двигателя, подтвердив, что характеристики выбранного двигателя (и редуктора, если применимо) удовлетворяют всем требованиям, таким как механическая прочность, время ускорения и момент ускорения.

Расчет размеров двигателя

При выборе двигателя необходимо учитывать три фактора; Момент инерции, крутящий момент и скорость.

Момент инерции

Момент инерции — это мера сопротивления объекта изменениям скорости его вращения.

Когда объект просто сидит без движения, момент инерции равен 0.

Когда вы пытаетесь заставить его двигаться, что означает, что вы хотите изменить скорость объекта с 0 на любую, возникнет эффект момента инерции.

Основная инерция (Дж) Уравнение :

Расчет момента инерции вращающегося объекта

Расчет момента инерции цилиндра

Расчет момента инерции полого цилиндра

Расчет момента инерции для смещенной оси

Расчет момента инерции для прямоугольной опоры

Расчет момента инерции для объекта в линейном движении

Единицы измерения момента инерции

Единицы инерции обычно используются двумя способами: унций в секунду и унций в секунду .Первое включает в себя гравитацию, второе — только массу.

Теоретически инерция — это фактор массы, поэтому он не должен включать гравитацию, однако практически мы не можем легко измерить массу на Земле.

Oriental Motor обычно обеспечивает инерцию в унциях на дюйм. Затем, когда мы вычисляем момент ускорения в расчете крутящего момента, мы делим общую инерцию на силу тяжести.

Плотность = 386 дюйм / сек²

  • унций-дюйм² = инерция в зависимости от веса
  • унций в секунду² = инерция в зависимости от массы

Расчет для унций-дюймов² в унций-дюймов²

Момент

Крутящий момент — это стремление силы вращать объект вокруг оси.Крутящий момент состоит из двух компонентов; компонент нагрузки (постоянный) и компонент ускорения.

Составляющая момента нагрузки обычно возникает из-за трения и / или силы тяжести и всегда действует на двигатель. Этот компонент обычно можно определить путем расчета или путем наложения динамометрического ключа на систему и считывания значения крутящего момента. Когда его невозможно измерить, мы используем некоторые уравнения для расчета приблизительного значения.

Однако ускоряющий момент действует на двигатель только тогда, когда он ускоряется или замедляется.Как только двигатель работает с постоянной скоростью, этот компонент уходит. Измерять составляющую ускорения сложно, не говоря уже об опасности. Если вы хотите, чтобы нагрузка разгонялась до скорости в течение 50 миллисекунд, вполне вероятно, что динамометрический ключ слетит. Поэтому рассчитываем составляющую ускорения. Этот компонент является функцией инерции системы и скорости ускорения. Итак, как только мы определим эти значения, мы сможем вычислить момент ускорения.

Момент нагрузки ( T )

Нагрузка крутящего момента очень проста.

Как вы видите, крутящий момент в этом уравнении является произведением силы и расстояния между силой и центром вращения. Например, если вы хотите удержать силу, действующую на конец шкива, T = F x r . Таким образом, вычисление момента нагрузки определяет силу в системе и логическое расстояние между валом двигателя и местом действия силы.

Когда механика усложняется, нам нужно преобразовать F и r, чтобы они соответствовали механике.

Момент нагрузки — фактическое измерение

Если вы можете измерить силу, это наиболее точный способ найти силу, поскольку он учитывает всю эффективность и коэффициент трения каждой части.

FB = Усилие, когда главный вал начинает вращаться

Силы

Есть три типа сил; вертикальный, горизонтальный и наклонный. Сила варьируется в зависимости от того, как она действует.

Расчет вертикальной силы

Расчет горизонтальной силы

Расчет силы наклона

Расчет момента нагрузки — шарико-винтовая передача

Расчет крутящего момента нагрузки — шкив

Расчет крутящего момента нагрузки — тросовый или ременной привод, реечный привод

Момент ускорения

Как упоминалось ранее, момент ускорения состоит из инерции и скорости ускорения.Если нам известны эти два значения, мы можем рассчитать момент ускорения.

Рассчитайте момент ускорения ( Ta )

Если скорость двигателя изменяется, всегда необходимо устанавливать момент ускорения или момент замедления.

Основная формула одинакова для всех двигателей. Однако используйте приведенные ниже формулы при вычислении момента ускорения для шаговых или серводвигателей на основе скорости импульса.

Общая формула для всех двигателей

При расчете момента ускорения для шаговых или серводвигателей на основе скорости импульса

Есть два основных профиля движения.Операция разгона / замедления является наиболее распространенной. Когда рабочая скорость низкая, а инерция нагрузки мала, можно использовать режим пуска / останова.

Расчет необходимого крутящего момента ( TM )

Требуемый крутящий момент рассчитывается путем умножения суммы крутящего момента нагрузки и момента ускорения на коэффициент безопасности.

Расчет эффективного крутящего момента нагрузки ( Trms ) для серводвигателей и бесщеточных двигателей серии BX

Если требуемый крутящий момент двигателя изменяется со временем, определите, можно ли использовать двигатель, вычислив эффективный момент нагрузки.Эффективный крутящий момент нагрузки становится особенно важным для режимов работы, таких как операции с быстрым циклом, когда ускорение / замедление является частым. Рассчитайте эффективный момент нагрузки при выборе серводвигателей или бесщеточных двигателей серии BX.

Скорость

Скорость определяется путем вычисления расстояния, разделенного на время. Для шаговых или серводвигателей необходимо также учитывать время разгона.

Расчет стандартной скорости

Скорость = Расстояние / Время

Для шаговых или серводвигателей

Скорость = Расстояние / (Время — Время разгона ( t1 )

Хотите узнать больше?
Команда технической поддержки

Oriental Motor и инженеры по применению будут работать с вами, чтобы определить лучшее решение для вашего приложения.Опытные члены команды ORIENTAL MOTOR знают эту технологию от и до. Мы найдем подходящее решение в соответствии с вашими потребностями и объясним альтернативы. Позвоните по телефону 1-800-GO-VEXTA (468-3982), чтобы поговорить с членом группы технической поддержки Oriental Motor.

.

Крутящий момент, необходимый для подъема нагрузки Калькулятор

Решенный пример

Приведенный ниже шаг за шагом решенный пример задачи может помочь пользователям понять, как входные значения используются в таких расчетах для расчета крутящего момента, необходимого для подъема нагрузки или горизонтального перемещения против силы с помощью винта с квадратной резьбой (винта питания) в передача энергии.
Пример задачи
Тиски с квадратной резьбой с номинальным диаметром винта d = 12 мм, шириной шага p = l = 2.5 мм, коэффициент трения квадратной резьбы μ = 0,25, коэффициент трения для манжеты & mu c = 0,25, средний диаметр d м = 10 мм, средний диаметр манжеты d c = 18 мм и емкость зажима тисков составляет 900 Ньютон. Рассчитайте крутящий момент, необходимый для затяжки зажима тисков на полную мощность.
Решение
Приведенные данные
нагрузка в Ньютонах F = 900 Н
средний диаметр d м = 10 мм
средний диаметр втулки d c = 18 мм
шаг квадратной резьбы расстояние l = 2.5 мм
коэффициент трения для резьбы μ = 0,25
коэффициент трения для воротника & mu c = 0,25

Пошаговый расчет
Формула для нахождения T R = {[(F xd m ) / 2] x [l + (π x μ xd m )] / [(π xd m ) — (μ xl)] + [(F x μ c xd c ) / 2]}
Если даны только номинальный диаметр и шаг приводного винта
, средний диаметр d м = d n — (p / 2)
, замените значения в приведенной выше формуле
= [900 x 10/2] x [(2.5 + (π x 0,25 x 10)) / ((π x 10) — (0,25 x 2,5))] + [(900 x 0,25 x 18) / 2]
= 3,53 Н-мм
T R = 3,53 Н-мм
разделите его на 1000, чтобы преобразовать его Н-мм в Нм
T R = 3,53 / 1000
T R = 0,0353 Нм

В области передачи энергии с помощью квадратной резьбы или винта с приводом В машиностроении важно проанализировать требуемый крутящий момент для перемещения нагрузки против силы. Приведенная выше формула, пошаговый расчет и решенный пример задачи могут быть полезны для пользователей, чтобы понять, как значения используются в формуле для определения минимального крутящего момента, необходимого для увеличения нагрузки T R , однако, когда дело доходит до онлайн для быстрых расчетов этот крутящий момент силового винта, необходимый для подъема калькулятора нагрузки, помогает пользователю выполнять и проверять такие инженерные расчеты как можно быстрее.

.

Момент затяжки болта, осевое усилие зажима, Калькулятор диаметра болта | Инженеры Edge

Формула расчета крепежа и винта / болта Расчетные данные
Прочность материалов

См. Веб-страницу Уравнения расчета крутящего момента и страницу таблицы крутящих моментов для получения информации о рекомендуемом крутящем моменте и уравнениях.

Этот калькулятор крутящего момента болта крепления рассчитает неизвестный крутящий момент, диаметр, приложенную осевую силу и коэффициент трения при повороте для данных условий. Требуется минимум три (3) входа, затем нажмите кнопку «Найти», чтобы получить неизвестное

Для правильной работы этого калькулятора требуется браузер с поддержкой JAVA.

Инструкции:

1) Введите известные числовые значения (минимум два входа) в центральные поля ввода.

2) Нажмите соответствующую нижнюю кнопку для вычисления неизвестного значения.

Примечание. В данном калькуляторе изначально предполагается сухая и идеальная резьба, сделанная из стали и / или оцинкованной.Расчетные значения являются приблизительными. Расчетные значения не компенсируют жесткость материалов.

Расчетные уравнения силы затяжки болта

Связанный:

.

Выполненная работа и переданная мощность

Выполненная работа

Выполненная работа равна сила, умноженная на расстояние, перемещенное на силу , и может быть выражена как

W = F s (1)

где

W = выполненная работа (Дж, Нм)

F = сила (Н)

s = расстояние, перемещаемое силой (с)

Для углового перемещения

выполненная работа может быть выражено как

W = F θ r

= T θ (2)

, где

W = работа (Джоули)

θ = угол (радианы)

r = радиус (м)

T = крутящий момент или момент (Нм)

Передаваемая мощность

Мощность — это соотношение между рабочими k и затраченное время могут быть выражены как

P = W / dt

= T θ / dt

= T ω

= 2 π n T

= 2 π (n об / мин /60) T

= 0.105 n об / мин T (3)

где

P = мощность (Вт)

dt = затраченное время (с)

ω = θ / dt = 2 π n = угловая скорость (рад / с)

n = скорость (об / с)

n об / мин = скорость (об / мин, об / мин)

Примечание! — машина должна вращаться, чтобы производить энергию! Машина без вращения может создавать крутящий момент, как электродвигатель, но, поскольку расстояние не перемещается силой, мощность не производится.Как только машина начинает вращаться, вырабатывается мощность.

Пример — требуемый крутящий момент для выработки мощности

Машина вращается со скоростью 3000 об / мин (об / мин) и потребляет 5 кВт . Крутящий момент на валу можно рассчитать, изменив (3) на

T = P / 2 π n

= (5 кВт) (1000 Вт / кВт) / 2 π (3000 об / мин) / (60 сек / мин)

= 15,9 Нм

Зависимость мощности, крутящего момента и скорости

Зависимость мощности, крутящего момента и скорости
Зависимость мощности, крутящего момента и скорости

Следующие расчеты показывают взаимосвязь между мощностью, крутящим моментом и скоростью вращения при прохождении вращательного движения через коробку передач с мощностью в кВт, равной П .

P вход = P вых + потери передачи

Потери шестерен = 1% на ступень. Если это игнорировать, можно предположить идеальный случай.

Тогда применимо общее уравнение мощности:

P = Tω

Где:

Если ω — скорость вращения в радианах / с, T — крутящий момент в Н · м, а n — частота вращения в об / мин.

Принцип лучше всего пояснить на примере. При снижении частоты вращения на 25 через редуктор со стандартной входной частотой вращения для электродвигателя

n = 1475 об / мин:

Тогда по:

P вход = P выход = Tω

Таким образом, по мере уменьшения скорости вращения коробки передач крутящий момент увеличивается, и наоборот. Изменение крутящего момента через коробку передач равно передаточному отношению коробки передач.

Hansen Transmissions специализируется на поставках редукторов для многих отраслей промышленности, уделяя особое внимание:

  • Водоподготовка

  • Градирни

  • Миксеры и мешалки

  • Погрузочно-разгрузочные работы

  • Переработка пальмового масла

  • Ветряные турбины

Коробки передач Hansen предлагают ряд специально разработанных коробок передач для любого применения, в котором требуется связь между приводным двигателем и ведомой системой.Муфты также поставляются для особых требований применения, например, жесткие муфты для передачи высокого крутящего момента и редукторы на валу, гидравлические муфты для постепенного плавного пуска и гибкие муфты при небольшом перекосе.

Fluid Power Formulas

Основные формулы гидравлической жидкости / Гидравлика / Пневматика

переменная

Словесная формула с единицами

Упрощенная формула

Давление жидкости — P (фунт / кв. Дюйм) = сила (фунты) / площадь (кв.Дюймы) P = F / A
Расход жидкости — Q галлонов в минуту = расход (галлоны) / единица времени (минуты) Q = V / T
Мощность жидкости в лошадиных силах — л.с. лошадиных сил = давление (фунт / кв. Дюйм) × расход (галлонов в минуту) / 1714 л.с. = PQ / 1714

Формулы привода

переменная

Словесная формула с единицами

Упрощенная формула

Площадь цилиндра — A (кв.В.) =? × Радиус (дюйм) 2 А =? × R 2
(кв. Дюйм) =? × Диаметр (дюйм) 2 /4 А =? × Д 2 /4
Сила цилиндра — F (Фунты) = Давление (psi) × Площадь (кв. Дюйм) F = P × A
Скорость цилиндра — v (футов / сек) = (231 × расход (галлонов в минуту)) / (12 × 60 × площадь) v = (0.3208 × галлонов в минуту) / A
Объем цилиндра — V Объем =? × Радиус 2 × Ход (дюймы) / 231 В =? × R 2 × L / 231 (L = длина хода)
Расход цилиндра — Q Объем = 12 × 60 × Скорость (футы / сек) × полезная площадь (дюймы) 2 /231 Q = 3,11688 × v × A
Крутящий момент гидравлического двигателя — T Крутящий момент (дюйм.фунты) = Давление (фунт / кв. дюйм) × дисп. (дюймы 3 / об.) / 6,2822 T = P × d / 6,2822
Крутящий момент = л.с. × 63025 / об / мин T = л.с. × 63025 / n
Крутящий момент = расход (галлонов в минуту) × давление × 36,77 / об / мин T = 36,77 × Q × P / n
Скорость жидкостного двигателя — n Скорость (об / мин) = (231 × галл / мин) / дисп. (дюймы) 3 n = (231 × галлонов в минуту) / d
Гидравлический двигатель, л.с. HP = крутящий момент (дюйм.фунтов) × об / мин / 63025 HP = T × n / 63025

Формулы для насосов

переменная

Словесная формула с единицами

Упрощенная формула

Выходной поток насоса — галлонов в минуту галлонов в минуту = (Скорость (об / мин) × дисп.(куб. дюймов)) / 231 галлонов в минуту = (n × d) / 231
Входная мощность насоса, л.с. л.с. = галлонов в минуту × давление (фунт / кв. Дюйм) / 1714 × КПД л.с. = (Q × P) / 1714 × E
КПД насоса — E Общий КПД = Выходная мощность / Входная мощность E Общий = HP Out / HP In X 100
Общий КПД = Объемный КПД.× Механический эффект. E Общий = Eff Vol. × Eff мех.
Объемный КПД насоса — E Объемный КПД = Фактический выходной расход (галлонов в минуту) / теоретический выходной расход (галлонов в минуту) × 100 Eff Vol. = Q Закон. / Q Тео. Х 100
Механический КПД насоса — E Механический КПД = Теоретический крутящий момент для привода / Фактический крутящий момент для привода × 100 Eff Mech = T Theo. / T Закон. × 100
Объем насоса — CIPR Рабочий объем (дюймы 3 / об) = расход (галлонов в минуту) × 231 / частота вращения насоса CIPR = галлонов в минуту × 231 / об / мин
Крутящий момент насоса — T Крутящий момент = Лошадиная сила × 63025 / об / мин T = 63025 × л.с. / об / мин
Крутящий момент = Давление (PSIG) × Объем насоса (CIPR) / 2? T = P × CIPR / 6.28

10.7 Второй закон вращения Ньютона — Университетская физика, Том 1

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Рассчитайте крутящие моменты на вращающихся системах вокруг фиксированной оси, чтобы найти угловое ускорение
  • Объясните, как изменения момента инерции вращающейся системы влияют на угловое ускорение с фиксированным приложенным крутящим моментом.

В этом разделе мы собрали все части, изученные до сих пор в этой главе, для анализа динамики вращающихся твердых тел.Мы проанализировали движение с помощью кинематики и кинетической энергии вращения, но еще не связали эти идеи с силой и / или крутящим моментом. В этом разделе мы вводим вращательный эквивалент второго закона движения Ньютона и применяем его к твердым телам с фиксированной осью вращения.

Второй закон вращения Ньютона

К настоящему времени мы нашли много аналогов переводным терминам, используемым в этом тексте, в том числе, совсем недавно, крутящий момент, вращательный аналог силы. Возникает вопрос: существует ли уравнение, аналогичное второму закону Ньютона, ΣF → = ma →, ΣF → = ma →, которое включает крутящий момент и вращательное движение? Чтобы исследовать это, мы начнем со второго закона Ньютона для отдельной частицы, вращающейся вокруг оси и совершающей круговое движение.Давайте приложим силу F → F → к точечной массе м , которая находится на расстоянии r от точки поворота (рис. 10.37). Частица вынуждена двигаться по круговой траектории с фиксированным радиусом, а сила касается круга. Мы применяем второй закон Ньютона для определения величины ускорения a = F / ma = F / m в направлении F → ​​F →. Напомним, что величина тангенциального ускорения пропорциональна величине углового ускорения на a = rαa = rα.Подставляя это выражение во второй закон Ньютона, получаем

Фигура 10,37 Объект поддерживается горизонтальным столом без трения и прикрепляется к точке поворота шнуром, обеспечивающим центростремительную силу. Сила F → F → применяется к объекту перпендикулярно радиусу r , заставляя его ускоряться относительно точки поворота. Сила перпендикулярна к r .

Умножьте обе части этого уравнения на r ,

Обратите внимание, что левая часть этого уравнения — это крутящий момент вокруг оси вращения, где r — плечо рычага, а F — сила, перпендикулярная r .Напомним, что момент инерции точечной частицы равен I = mr2I = mr2. Таким образом, крутящий момент, приложенный перпендикулярно к точечной массе на рисунке 10.37, составляет

.

Крутящий момент на частице равен моменту инерции относительно оси вращения, умноженному на угловое ускорение . Мы можем обобщить это уравнение на твердое тело, вращающееся вокруг фиксированной оси.

Второй закон Ньютона для вращения

Если на твердое тело вокруг фиксированной оси действует более одного крутящего момента, то сумма крутящих моментов равна моменту инерции, умноженному на угловое ускорение:

∑iτi = Iα.∑iτi = Iα.

10,25

Член IαIα является скалярной величиной и может быть положительным или отрицательным (против часовой стрелки или по часовой стрелке) в зависимости от знака чистого крутящего момента. Помните, что угловое ускорение против часовой стрелки положительно. Таким образом, если твердое тело вращается по часовой стрелке и испытывает положительный крутящий момент (против часовой стрелки), угловое ускорение будет положительным.

Уравнение 10.25 — это второй закон Ньютона для вращения, который говорит нам, как связать крутящий момент, момент инерции и кинематику вращения.Это называется уравнением вращательной динамики. С помощью этого уравнения мы можем решить целый класс задач, связанных с силой и вращением. Имеет смысл, что соотношение силы, необходимой для вращения тела, будет включать в себя момент инерции, поскольку это величина, которая говорит нам, насколько легко или сложно изменить вращательное движение объекта.

Получение второго закона Ньютона для вращения в векторной форме

Как и раньше, когда мы нашли угловое ускорение, мы также можем найти вектор крутящего момента.Второй закон ΣF → = ma → ΣF → = ma → говорит нам о взаимосвязи между результирующей силой и тем, как изменить поступательное движение объекта. У нас есть векторный вращательный эквивалент этого уравнения, который можно найти с помощью уравнения 10.7 и рисунка 10.8. Уравнение 10.7 связывает угловое ускорение с векторами положения и тангенциального ускорения:

a → = α → × r → .a → = α → × r →.

Мы формируем векторное произведение этого уравнения с r → r → и используем тождество с перекрестным произведением (обратите внимание, что r → · α → = 0r → · α → = 0):

r → × a → = r → × (α → × r →) = α → (r → · r →) −r → (r → · α →) = α → (r → · r →) = α → r2 .r → × a → = r → × (α → × r →) = α → (r → · r →) −r → (r → · α →) = α → (r → · r →) = α → r2 .

Теперь образуем векторное произведение второго закона Ньютона с вектором положения r →, r →,

Σ (r → × F →) = r → × (ma →) = mr → × a → = mr2α → .Σ (r → × F →) = r → × (ma →) = mr → × a → = mr2α →.

Определяя первый член слева как сумму крутящих моментов, а mr2mr2 как момент инерции, мы приходим ко второму закону вращения Ньютона в векторной форме:

Στ → = Iα → .Στ → = Iα →.

10,26

Это уравнение в точности соответствует уравнению 10.25, но с крутящим моментом и угловым ускорением как векторами.Важным моментом является то, что вектор крутящего момента находится в том же направлении, что и угловое ускорение.

Применение уравнения динамики вращения

Прежде чем применять уравнение динамики вращения к некоторым повседневным ситуациям, давайте рассмотрим общую стратегию решения проблем для использования с этой категорией проблем.

Стратегия решения проблем

Вращательная динамика
  1. Изучите ситуацию, чтобы определить, крутящий момент и масса участвуют во вращении.Нарисуйте тщательный набросок ситуации.
  2. Определите интересующую систему.
  3. Нарисуйте диаграмму свободного тела. То есть нарисуйте и обозначьте все внешние силы, действующие на интересующую систему.
  4. Определите точку поворота. Если объект находится в равновесии, он должен быть в равновесии для всех возможных точек поворота — выберите ту, которая максимально упрощает вашу работу.
  5. Примените ∑iτi = Iα∑iτi = Iα, вращательный эквивалент второго закона Ньютона, чтобы решить проблему. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы использовать правильный момент инерции и учитывать крутящий момент относительно точки вращения.
  6. Как всегда, проверьте решение, чтобы убедиться, что оно разумно.

Пример 10,16

Расчет влияния массового распределения на карусель
Представьте, что отец толкает карусель на игровой площадке на рис. 10.38. Он прилагает силу 250 Н к краю карусели массой 50,0 кг, радиус которой составляет 1,50 м. Вычислите угловое ускорение, возникающее (а), когда никого нет на карусели, и (б), когда ребенок весом 18,0 кг сидит на расстоянии 1,25 м от центра.Считайте саму карусель однородным диском с незначительным трением.

Фигура 10,38 Отец толкает карусель на детской площадке за край и перпендикулярно ее радиусу, чтобы добиться максимального крутящего момента.

Стратегия
Чистый крутящий момент задается непосредственно выражением ∑iτi = Iα∑iτi = Iα. Чтобы найти αα, мы должны сначала вычислить чистый крутящий момент ττ (который одинаков в обоих случаях) и момент инерции I (который равен больше во втором случае).
Решение
  1. Момент инерции твердого диска относительно этой оси, показанный на рисунке 10.20, равен У нас M = 50,0 кг, M = 50,0 кг и R = 1,50 мR = 1,50 м, поэтому I = (0,500) (50,0 кг) (1,50 м) 2 = 56,25 кг-м2. I = (0,500) (50,0 кг) (1,50 м) 2 = 56,25 кг-м2. Чтобы найти чистый крутящий момент, отметим, что приложенная сила перпендикулярна радиусу, а трение незначительно, так что τ = rFsinθ = (1,50 м) (250,0 Н) = 375,0 Н-м. τ = rFsinθ = (1,50 м) (250,0 Н) = 375,0 Н-м. Теперь, после подстановки известных значений, мы обнаруживаем, что угловое ускорение равно α = τI = 375.0 Н-м 56,25 кг-м2 = 6,67 рад2. Α = τI = 375,0 Н-м 56,25 кг-м2 = 6,67 рад2.
  2. Мы ожидаем, что угловое ускорение системы будет меньше в этой части, потому что момент инерции больше, когда ребенок находится на карусели. Чтобы найти полный момент инерции I , мы сначала находим момент инерции ребенка IcIc, аппроксимируя ребенка как точечную массу на расстоянии 1,25 м от оси. потом Ic = mR2 = (18,0 кг) (1,25 м) 2 = 28,13 кг-м2. Ic = mR2 = (18,0 кг) (1,25 м) 2 = 28,13 кг-м2. Суммарный момент инерции — это сумма моментов инерции карусели и ребенка (относительно одной оси): I = 28.13 кг-м2 + 56,25 кг-м2 = 84,38 кг-м2. I = 28,13 кг-м2 + 56,25 кг-м2 = 84,38 кг-м2. Подстановка известных значений в уравнение для α дает α = τI = 375,0 Н-м 84,38 кг-м2 = 4,44 рад2. α = τI = 375,0 Н-м 84,38 кг-м2 = 4,44 рад2.
Значение
Как и ожидалось, угловое ускорение меньше, когда ребенок находится на карусели, чем когда карусель пуста. Обнаруженные угловые ускорения довольно велики, отчасти из-за того, что трение считалось незначительным. Если, например, отец продолжал толкать перпендикулярно на 2.00 с, он дал бы карусели угловую скорость 13,3 рад / с, когда она пуста, и только 8,89 рад / с, когда на ней сидит ребенок. В оборотах в секунду эти угловые скорости составляют 2,12 об / с и 1,41 об / с соответственно. В первом случае отец разгонялся до 50 км / ч.

Проверьте свое понимание 10,7

Лопасти вентилятора реактивного двигателя имеют момент инерции 30,0 кг-м230,0 кг-м2. За 10 с они вращаются против часовой стрелки из состояния покоя до скорости вращения 20 об / с.(а) Какой крутящий момент необходимо приложить к лопастям для достижения этого углового ускорения? (b) Какой крутящий момент требуется для остановки лопастей вентилятора, вращающихся со скоростью 20 об / с, за 20 с?

EngArc — L — крутящий момент относительно работы и мощности

EngArc — L — крутящий момент относительно работы и мощности
Крутящий момент по отношению к работе и мощности


При педалировании велосипеда силы прилагаются к вращающемуся телу, и работа выполняется на нем. Другими подобными событиями являются вращающийся вал двигателя, приводящий в движение электроинструмент, или двигатель автомобиля, приводящий в движение транспортное средство.Работа может быть выражена в единицах крутящего момента и углового смещения.

Предположим, что на обод вращающегося диска действует тангенциальная сила F tan — например, ребенок бежит, толкаясь на карусели на игровой площадке. Диск вращается на бесконечно малый угол вокруг фиксированной оси в течение бесконечно малого интервала времени dt . Работа dW выполняется силой F tan , в то время как точка на ободе перемещается на расстояние ds составляет dW = F tan ds .Если измеряется в радианах, то ds = R dθ и:

dW = F tan R dθ

Теперь F tan R — это крутящий момент τ из-за силы F tan , поэтому:

dW = τ dθ

Общая работа W , выполненная крутящим моментом при угловом перемещении от θ 1 до θ 2 , составляет:


Это уравнение работы, выполняемой крутящим моментом.

Если крутящий момент постоянен, а угол изменяется на конечную величину Δ θ = θ 2 θ 1 , тогда:

Вт = τ 2 θ 1 ) = τ Δ θ

Это уравнение работы, выполняемой с постоянным крутящим моментом.

Работа, выполняемая при постоянном крутящем моменте, является произведением крутящего момента и углового смещения. Если крутящий момент выражается в ньютон-метрах [Нм], а угловое смещение — в радианах, то работа выражается в джоулях. Eq3 является вращательным аналогом Eq1 урока Work, а Eq2 является аналогом Eq2 урока Work, для работы, выполняемой силой в прямолинейном перемещении.

Если бы сила на рисунке имела осевую или радиальную составляющую, эта составляющая не работала бы, потому что смещение точки приложения имеет только тангенциальную составляющую.Осевая или радиальная составляющая силы также не будет влиять на крутящий момент вокруг оси вращения, поэтому уравнения 2 и 3 верны для любой силы, независимо от ее компонентов.

Когда крутящий момент действует на вращающееся твердое тело, кинетическая энергия изменяется на величину, равную проделанной работе. Это можно доказать, используя ту же процедуру, которая использовалась в уроке «Теорема о рабочей энергии для прямолинейного движения частицы». Во-первых, τ используется для представления чистого крутящего момента на теле, так что из уравнения из урока «Крутящий момент, инерция и угловое ускорение для жесткого тела» τ = .Используя это уравнение, предполагается, что тело является жестким, так что момент инерции I постоянен. Затем подынтегральное выражение в уравнении 1 преобразуется в интеграл от ω следующим образом:

τ dθ = () = I = I = Iω dω

Так как τ чистый крутящий момент, интеграл в уравнении 1 — это полная работа, совершенная над вращающимся твердым телом.Тогда это уравнение становится:
W tot = Iω dω = 2 2 1 68 2 9017 2 9017 Изменение кинетическая энергия вращения твердого тела равна работе, совершаемой силами, действующими извне. Это уравнение аналогично уравнению теоремы о работе-энергии для частицы.

Что касается мощности, связанной с работой, выполняемой крутящим моментом, действующим на вращающееся тело, при делении обеих сторон уравнения (1) на интервал времени dt , в течение которого происходит угловое смещение, обнаруживается, что:


Но dW / dt — это скорость выполнения работы, или мощность P , а / dt — угловая скорость ω , поэтому:

P = τω

Когда крутящий момент τ (относительно оси вращения) действует на тело, которое вращается с угловой скоростью ω , его мощность (скорость выполнения работы) является произведением τ и ω .Это аналог отношения P = Фэрроу ⋅ Варроу, которое было развито на уроке для движения частиц.

Момент | Инжиниринг | Fandom

В физике крутящий момент неформально можно рассматривать как «вращательную силу». Крутящий момент измеряется в единицах ньютон-метров, его условное обозначение — τ . Концепция крутящего момента, также называемая моментом или парой , возникла в результате работы Архимеда над рычагами. Вращательными аналогами силы, массы и ускорения являются крутящий момент, момент инерции и угловое ускорение соответственно.Сила, приложенная к рычагу, умноженная на его расстояние от точки опоры рычага, и есть крутящий момент. Например, сила в три ньютона, приложенная в двух метрах от точки опоры, вызывает такой же крутящий момент, как один ньютон, приложенный в шести метрах от точки опоры. Это предполагает, что сила направлена ​​под прямым углом к ​​прямому рычагу. В более общем смысле, крутящий момент можно определить как перекрестное произведение:

где

F — вектор силы.

r — вектор от оси вращения до точки, на которую действует сила.

Единицы []

Крутящий момент имеет размерность силы, умноженной на расстояние, а единицы крутящего момента в системе СИ указаны как «ньютон-метры». Несмотря на то, что порядок «ньютон» и «метр» математически взаимозаменяем, BIPM (Bureau International des Poids et Mesures) указывает, что порядок должен быть N • m, а не m • N [1].

Джоуль, единица измерения энергии или работы в системе СИ, также определяется как 1 Н • м, но эта единица измерения не используется для крутящего момента. Поскольку энергию можно представить как результат «расстояния от точки силы», энергия всегда является скалярной величиной, тогда как крутящий момент — это «расстояние между силами» и (псевдо) векторной величиной.Конечно, размерная эквивалентность этих единиц — не просто совпадение; крутящий момент 1 Н · м, приложенный на полный оборот, потребует энергии ровно 2π джоулей. Математически,

где

E — энергия

τ крутящий момент

θ — сдвинутый угол в радианах.

Другие единицы измерения крутящего момента, не входящие в систему СИ, включают «фунт-сила-фут» или «фут-фунт-сила», или «унция-сила-дюйм» или «метр-килограмм-сила».

Особые случаи и другие факты []

Формула плеча момента []

Схема рычага с моментом

Очень полезный частный случай, который часто называют определением крутящего момента в областях, отличных от физики, выглядит следующим образом:

Конструкция «плеча момента» показана на рисунке ниже вместе с векторами r и F , упомянутыми выше. Проблема с этим определением заключается в том, что оно дает не направление крутящего момента, а только его величину, и, следовательно, его трудно использовать в трехмерных случаях.Если сила перпендикулярна вектору смещения r , плечо момента будет равно расстоянию до центра, а крутящий момент будет максимальным для данной силы. Уравнение для величины крутящего момента, возникающего от перпендикулярной силы:

Например, если человек прикладывает усилие 10 Н к гаечному ключу длиной 0,5 м, крутящий момент будет 5 Н · м, предполагая, что человек тянет гаечный ключ в направлении, наиболее подходящем для поворота болтов. .

Сила под углом []

Если сила величиной F находится под углом θ от плеча смещения длиной r (и в плоскости, перпендикулярной оси вращения), то из определения поперечного произведения величина возникающего крутящего момента равна :

Статическое равновесие []

Чтобы объект находился в статическом равновесии, не только сумма сил должна быть равна нулю, но и сумма крутящих моментов (моментов) относительно любой точки.Для двумерной ситуации с горизонтальными и вертикальными силами сумма требуемых сил составляет два уравнения: ΣH = 0 и ΣV = 0, а крутящий момент — третье уравнение: Στ = 0. То есть для решения статически определенных задач равновесия в двух измерениях мы используем три уравнения.

Крутящий момент как функция времени []

Крутящий момент — это производная по времени от углового момента, так же как сила — это производная по времени от линейного момента. Для одновременного действия нескольких крутящих моментов:

где L — угловой момент.

Угловой момент твердого тела можно записать через его момент инерции и угловую скорость:

поэтому, если является константой,

где α — угловое ускорение, величина, обычно измеряемая в рад / с².

Крутящий момент машины []

Крутящий момент является частью базовой спецификации двигателя: выходная мощность двигателя выражается как его крутящий момент, умноженный на его скорость вращения.Двигатели внутреннего сгорания вырабатывают полезный крутящий момент только в ограниченном диапазоне скоростей вращения (обычно от 1000 до 6000 об / мин для небольшого автомобиля). Изменяющийся выходной крутящий момент в этом диапазоне можно измерить с помощью динамометра и отобразить в виде кривой крутящего момента. Пик этой кривой крутящего момента обычно находится несколько ниже общего пика мощности. Пик крутящего момента по определению не может появляться при более высоких оборотах, чем пиковая мощность.

Понимание взаимосвязи между крутящим моментом, мощностью и частотой вращения двигателя имеет жизненно важное значение в автомобилестроении, поскольку оно связано с передачей мощности от двигателя через трансмиссию на колеса.Передача трансмиссии должна быть выбрана соответствующим образом, чтобы максимально использовать характеристики крутящего момента двигателя.

Паровые двигатели и электродвигатели имеют тенденцию создавать максимальный крутящий момент при нулевых оборотах или около него, причем крутящий момент уменьшается по мере увеличения скорости вращения (из-за увеличения трения и других ограничений). Следовательно, эти типы двигателей обычно имеют совершенно разные типы трансмиссии от двигателей внутреннего сгорания.

Крутящий момент — это также самый простой способ объяснить механическое преимущество практически каждой простой машины.

Взаимосвязь между крутящим моментом и мощностью []

Если силе позволяют действовать на расстоянии, она выполняет механическую работу. Точно так же, если крутящему моменту позволяют действовать через расстояние вращения, он выполняет работу. Мощность — это работа в единицу времени. Однако время и расстояние вращения связаны угловой скоростью, при которой каждый оборот приводит к перемещению окружности круга под действием силы, создающей крутящий момент. Это означает, что крутящий момент, вызывающий увеличение угловой скорости, выполняет работу, и генерируемая мощность может быть рассчитана как:

Математически уравнение может быть преобразовано для вычисления крутящего момента для заданной выходной мощности.Однако на практике нет прямого способа измерения мощности, тогда как крутящий момент и угловую скорость можно измерить напрямую.

Должны использоваться согласованные единицы. Для метрических единиц СИ мощность — ватты, крутящий момент — ньютон-метры, а угловая скорость — радианы в секунду (не об / мин и даже не число оборотов в секунду).

Пересчет в другие единицы []

Для различных единиц мощности, крутящего момента или угловой скорости в уравнение необходимо ввести коэффициент преобразования. Например, если угловая скорость измеряется в оборотах, а не в радианах, необходимо добавить коэффициент преобразования, поскольку в одном обороте есть радианы:

, где скорость вращения выражается в оборотах в единицу времени

Некоторые люди (например,грамм. Американские автомобильные инженеры) используют лошадиные силы (английские механические единицы) для мощности, фут-фунты (фунт-сила • фут) для крутящего момента и оборотов в минуту (оборотов в минуту) для угловой скорости. В результате формула меняется на:

Этот коэффициент преобразования является приблизительным, поскольку в нем фигурирует трансцендентное число π; более точное значение — 5252,113 122 032 55 … Конечно, оно также меняется с определением лошадиных сил; например, в метрических лошадиных силах получается ~ 5180.

Использование других единиц (например, БТЕ / ч для мощности) потребует другого специального коэффициента преобразования.

Вывод []

Для вращающегося объекта линейное расстояние , пройденное по окружности в радианах вращения, является произведением радиуса на угловую скорость. То есть: линейная скорость = радиус x угловая скорость. По определению, линейное расстояние = линейная скорость x время = радиус x угловая скорость x время.

По определению крутящего момента: крутящий момент = сила x радиус.Мы можем изменить это, чтобы определить силу = крутящий момент / радиус. Эти два значения можно подставить в определение власти:

Радиус r и время t выпали из уравнения. Однако угловая скорость должна быть в радианах в соответствии с предполагаемой прямой зависимостью между линейной скоростью и угловой скоростью в начале вывода. Если скорость вращения измеряется в оборотах в единицу времени, линейная скорость и расстояние пропорционально увеличиваются в приведенном выше выводе, чтобы получить:

Для перемещения больших нагрузок необходим крутящий момент.Чем больше передаточное число, тем больше крутящий момент. это снизит скорость, но скорость не имеет значения, когда дело касается больших грузов. Если крутящий момент выражен в фунт-силах • фут, а скорость вращения — в оборотах в минуту, приведенное выше уравнение дает мощность в фут • фунт-сила / мин. Затем формула уравнения в лошадиных силах выводится путем применения коэффициента преобразования 33 000 футов • фунт-сила / мин на каждую лошадиную силу:


Потому что.

См. Также []

Список литературы []

  • Serway, Raymond A.; Джуэтт, Джон В. (2006) Физика для ученых и инженеров (6-е изд.), , Брукс / Коул. ISBN 0534408427
  • Типлер, Пол (2005) Физика для ученых и инженеров: механика, колебания и волны, термодинамика (5-е изд.) , У. Х. Фриман. ISBN 0716708094

Основы определения размеров двигателя Часть 1: Момент нагрузки

Для правильного выбора двигателя необходимо выполнение трех критериев: крутящий момент, инерция нагрузки и скорость. В первой части этой серии статей об основах определения размеров двигателя я объясню, что такое крутящий момент нагрузки, как его рассчитать для конкретных примеров применения и как он соответствует требованиям к крутящему моменту для данного приложения.

Крутящий момент определяется как сила вращения на расстоянии от оси вращения. Он измеряется в таких единицах, как фунт-дюйм (фунт-дюйм) в британской системе мер или Нм (ньютон-метр) в метрической системе. Крутящий момент не менее важен, если не более важен, чем мощность двигателя. Лошадиная сила — это скорость, с которой работа может быть выполнена, и рассчитывается как крутящий момент, умноженный на скорость. Другими словами, крутящий момент — это способность выполнять работу, а мощность — это скорость, с которой работа может быть выполнена.

Torque состоит из двух основных компонентов: момента нагрузки и момента ускорения. Момент нагрузки — это величина крутящего момента, постоянно требуемая для приложения, включающая в себя фрикционную и гравитационную нагрузку. Момент ускорения — это крутящий момент, необходимый только для максимального ускорения и замедления нагрузки. Чем быстрее груз должен разогнаться, тем выше момент ускорения. Иногда момент нагрузки выше; иногда момент ускорения мог быть выше. Важно рассчитать и то, и другое; особенно для профилей быстрого движения.

На изображении выше мы показываем несколько стрелок, которые показывают направление сил, взаимодействующих в этом приложении.Как вы думаете, что такое момент нагрузки? Ответ — оба.

Момент нагрузки — это сумма нагрузок трения и гравитации. Сила тяжести определяется весом или массой x ускорением свободного падения ( г ). Сила трения, действующая в направлении, противоположном направлению движения конвейера, рассчитывается путем умножения массы груза на коэффициент трения двух поверхностей: м x µ .

Расчет момента нагрузки различается для разных приложений.Давайте рассмотрим несколько распространенных примеров, чтобы увидеть, как рассчитывается момент нагрузки.

Для приложения с приводом шкива расчет момента нагрузки довольно прост. Нам нужно создать силу на некотором расстоянии от вала двигателя (определение крутящего момента). Это можно рассчитать, умножив силу ( F ) на радиус вращения ( r ). Чтобы переместить нагрузку (синий прямоугольник), двигатель должен генерировать больший крутящий момент, чем это значение.

Для расчета момента нагрузки умножьте силу ( F ) на расстояние от оси вращения, которое является радиусом шкива ( r ) . Если масса груза (синий прямоугольник) составляет 20 Ньютонов, а радиус шкива составляет 5 см, то требуемый крутящий момент для приложения составляет 20 Н x 0,05 м = 1 Нм. Обычно используется коэффициент безопасности, чтобы двигатель генерировал больший крутящий момент, чем требуется, чтобы учесть любые неточности в переменных, используемых для расчета.

Вот формула для расчета момента нагрузки для шкивного привода со всеми переменными:

Приведенная выше формула работает для приложений с нагрузкой трения или без нее. Если вы удалите трение из системы (коэффициент трения скользящей поверхности µ = 0; внешняя сила FA = 0; передаточное число i = 1), вы, по сути, получите ту же базовую формулу силы ( F ) x радиус ( r ).

Теперь давайте попробуем применить эту концепцию в другом приложении, которое имеет дело с трением.

В конвейере, где груз поддерживается поверхностью, трение постоянно и пропорционально массе груза. Степень скольжения на контактной поверхности или коэффициент трения ( µ) , необходима для определения силы трения ( F ).

Следующая формула используется для расчета момента нагрузки для ременных приводов (конвейеров), а также реечных и шестеренчатых передач.

Для этого типа применения нам нужно сначала рассчитать силу ( F ), прежде чем мы сможем рассчитать момент нагрузки ( TL ). Это требует от нас определения переменных внешней силы ( FA ), массы ( м ) и угла наклона ( Θ ). Как только у нас будет значение F , мы можем подставить его в формулу момента нагрузки ( TL ).

Пример: поворотный индексный стол

При расчете крутящего момента

для поворотных столов используются те же формулы, что и для ременной передачи, но для определения необходимых переменных требуется несколько иной мыслительный процесс.В этом случае трение возникает в точках контакта шариковых роликов (опорных подшипников) и стола, поэтому радиус ( r ) будет расстоянием от центра вала двигателя до точки контакта между столом и его опорой. подшипники. Масса ( м ) будет массой стола плюс груз (и). Коэффициент трения ( µ) обычно указывается в технических характеристиках подшипников.

СОВЕТ: Советы по выбору двигателя

1.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *