Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Что такое крутящий момент двигателя


Что такое крутящий момент двигателя — DRIVE2

КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ ДВИГАТЕЛЯ – это произведение силы на плечо рычага, к которому она приложена. Если помните, то сила измеряется в Ньютонах, а вот плечо рычага измеряется в метрах – Нм. 1 Нм равняется силе в 1Н (Ньютон), которая приложена к рычагу в 1 метр.

В двигателях внутреннего сгорания сила передается от топлива, которое воспламеняется, поршню, от поршня кривошипному механизму, от кривошипного механизма коленвалу. А вот уже коленвал через систему трансмиссии и приводов раскручивает колеса.

Понятно, что крутящий момент двигателя не постоянен, он сильнее – когда на плечо действует большая сила, слабее – когда сила перестает действовать. То есть когда мы давим на педаль газа то сила, действующая на плечо увеличивается, а соответственно увеличивается и крутящий момент двигателя.

• Мощность двигателя
Крутящий момент напрямую связан с мощностью двигателя, куда же без нее. Мощность если сказать простыми словами – это работа двигателя совершенная за определенную единицу времени. А так как крутящий момент, это и есть работа двигателя, то мощность характеризует, сколько раз в единицу времени, двигатель совершил крутящий момент.

Физики вывели формулу которая связывает крутящий момент и мощность.

P (мощность) = Мкр (момент крутящий) * N (обороты двигателя, измеряются в об./мин)/9549.

Мощность измеряется в киловаттах. Однако у нас в стране киловатты сложны для потребителя, мы привыкли измерять мощность в лошадиных силах (л.с.). И тут все просто, для того чтобы перевести киловатты в лошадиные силы, нужно количество киловатт умножить на 1.36

Крутящий момент и мощность двигателя
С крутящим моментом и мощностью разобрались. Теперь давайте подумаем – на что влияет мощность, а на что крутящий момент?

Мощность влияет на преодоление различных сил, которые мешают автомобилю. Это сила трения в двигателе, трансмиссии и в приводах автомобиля, аэродинамические силы, силы качения колес и т.д. Чем больше мощность, тем большее сопротивление сил автомобиль может преодолеть и развить большую скорость. Но мощность сила не постоянная, а зависящая от оборотов двигателя. На холостом ходу, мощность одна, а при максимальных оборотах мощность другая. Многие производители указывают, при каких оборотах достигается максимальная мощность автомобиля.

Важно помнить одно – максимальная мощность не развивается сразу, автомобиль стартует с места практически при минимальных оборотах, чуть выше холостого хода, а вот чтобы мобилизировать полную мощность нужно время, вот тут то и вступает в игру крутящий момент. Именно от него зависит, за какой отрезок времени автомобиль достигнет максимальной мощности, простыми словами динамика разгона автомобиля.

• Бензин – дизель

Бензиновые двигатели обладают не самым большим крутящим моментом. Своего, практически максимального значения, бензиновый двигатель достигает при средних оборотах 3 – 4 тысячи, но бензиновый двигатель быстро может увеличить мощность и раскрутиться до 7 – 8 тыс. оборотов. Если верить выше приведенным формулам, то при таких оборотах мощность возрастает в разы.

Дизельный двигатель не обладает высокими оборотами, обычно это 3 – 5 тысяч в максимуме, тут он проигрывает бензиновым двигателям. Однако крутящий момент дизеля выше в разы, причем он доступен практически с холостого хода.

И что же лучше? Мощность или крутящий момент?
Простой пример – берем два двигателя от компании AUDI, один дизельный 2.0 TDI (мощность 140 л.с. крутящий момент – 320 Нм), другой бензиновый 2.0 FSI (мощность – 150 л.с., крутящий момент – 200 Нм.). После тестирования в различных режимах получается, что дизель в диапазоне от 1 до 4.5 тысяч оборотов, мощнее бензинового двигателя. Причем на значительные 30 – 40 л.с., поэтому не стоит смотреть только на л.с., бывает что двигатель с меньшим объемом, но с высоким крутящим моментом намного динамичнее, чем двигатель с большим объемом и низким крутящим моментом.

В итоге, чтобы закончить тему, хочу сказать, классифицировать машины, только по мощности (л.с.) двигателя не правильно. Нужно смотреть еще и на крутящий момент (Нм), запомните если крутящий момент двигателя намного выше чем у конкурента, то такой двигатель будет обладать большей динамикой.

Крутящий момент

- Википедия

Крутящий момент , , момент , , момент силы , , момент вращения или «эффект поворота» является вращательным эквивалентом линейной силы. [1] Концепция возникла в результате изучения Архимедом использования рычагов. Подобно тому, как линейная сила представляет собой толчок или толчок, крутящий момент можно рассматривать как поворот объекта вокруг определенной оси. Другое определение крутящего момента представляет собой произведение величины силы на перпендикулярное расстояние линии действия силы от оси вращения.Символом крутящего момента обычно является τ {\ displaystyle {\ boldsymbol {\ tau}}}, строчная греческая буква тау . Когда упоминается как момент силы, он обычно обозначается как М .

В трех измерениях крутящий момент является псевдовектором; для точечных частиц он определяется как произведение вектора положения (вектора расстояния) и вектора силы. Величина крутящего момента твердого тела зависит от трех величин: приложенная сила, вектор рычага [2] , соединяющий точку, вокруг которой измеряется крутящий момент, с точкой приложения силы, и угол между векторы силы и рычага.В символах:

τ = r × F {\ displaystyle {\ boldsymbol {\ tau}} = \ mathbf {r} \ times \ mathbf {F} \, \!}
τ = ‖r‖‖F‖sin⁡ θ {\ displaystyle \ tau = \ | \ mathbf {r} \ | \, \ | \ mathbf {F} \ | \ sin \ theta \, \!}

где

τ {\ displaystyle {\ boldsymbol {\ tau}}} является вектором крутящего момента, а τ {\ displaystyle \ tau} является величиной крутящего момента,
r - это вектор положения (вектор от точки, вокруг которой измеряется крутящий момент, до точки, где прикладывается сила)
F - вектор силы,
× обозначает перекрестное произведение, которое создает вектор, перпендикулярный как r , так и F , следуя правилу правой руки,
θ {\ displaystyle \ theta} - угол между вектором силы и вектором рычага.

Единица СИ для крутящего момента - Нм. Для получения дополнительной информации о единицах крутящего момента см. Единицы.

Определение терминологии [править]

Джеймс Томсон, брат лорда Кельвина, ввел термин крутящий момент в английскую научную литературу в 1884 году. [3] Однако, крутящий момент относится к использованию другого словаря в зависимости от географического положения и области исследования. Эта статья следует определению, используемому в физике США при использовании слова «крутящий момент ». [4] В Великобритании и в США в машиностроении крутящий момент называют моментом силы , обычно сокращенным до момента . [5] Эти термины являются взаимозаменяемыми в физике США [4] и в терминологии физики Великобритании, в отличие от американского машиностроения, где термин крутящий момент используется для тесно связанного «результирующего момента пары». [5]

Крутящий момент и момент в терминологии машиностроения США [править]

В машиностроении США крутящий момент определяется математически как скорость изменения момента импульса объекта (в физике это называется «чистым крутящим моментом»).Определение крутящего момента гласит, что одна или обе из угловой скорости или момента инерции объекта изменяются. Момент - это общий термин, используемый для тенденции одной или нескольких приложенных сил вращать объект вокруг оси, но необязательно изменять угловой момент объекта (концепция, которая в физике называется крутящим моментом ). [5] Например, вращательное усилие, приложенное к валу, вызывающее ускорение, такое как сверло, ускоряющееся от покоя, приводит к моменту, называемому крутящим моментом .Напротив, поперечная сила на балке создает момент (называемый изгибающим моментом), но, поскольку момент импульса балки не изменяется, этот изгибающий момент не называется крутящим моментом . Подобно любой силовой паре на объекте, у которого нет изменения его углового момента, такой момент также не называется крутящим моментом .

Определение и отношение к моменту импульса [править]

Частица находится в положении r относительно своей оси вращения.Когда к частице прикладывается сила F , только перпендикулярный компонент F создает крутящий момент. Этот крутящий момент τ = r × F имеет величину τ = | р | | F | = | р | | F | грех θ и направлен наружу от страницы.

Сила, приложенная перпендикулярно к рычагу, умноженная на его расстояние от точки опоры рычага (длина рычага рычага), является его крутящим моментом.Например, сила в три ньютона, приложенная в двух метрах от точки опоры, создает такой же крутящий момент, что и сила в один ньютон, приложенная в шести метрах от точки опоры. Направление крутящего момента можно определить с помощью правила захвата правой руки: если пальцы правой руки изогнуты от направления рычага к направлению силы, то большой палец указывает в направлении крутящего момента. [6]

В более общем смысле крутящий момент на точечной частице (которая имеет положение r в некоторой системе отсчета) можно определить как перекрестное произведение:

τ = r × F, {\ displaystyle {\ boldsymbol {\ tau}} = \ mathbf {r} \ times \ mathbf {F},}

, где r - вектор положения частицы относительно точки опоры и F - сила, действующая на частицу.Величина τ крутящего момента определяется как

τ = rFsin⁡θ, {\ displaystyle \ tau = rF \ sin \ theta, \!}

где r - расстояние от оси вращения до частицы, F - величина приложенная сила, и θ - угол между векторами положения и силы. С другой стороны,

τ = rF⊥, {\ displaystyle \ tau = rF _ {\ perp},}

, где F 01 - это сила, направленная перпендикулярно положению частицы.Любая сила, направленная параллельно вектору положения частицы, не создает крутящего момента. [7] [8]

Из свойств кросс-произведения следует, что вектор крутящего момента перпендикулярен как положениям , так и векторам силы . Наоборот, вектор крутящего момента определяет плоскость, в которой лежат положения и усиливают векторы . Результирующий вектор крутящего момента направления определяется по правилу правой руки. [7]

Чистый крутящий момент на теле определяет скорость изменения углового момента тела,

τ = dLdt {\ displaystyle {\ boldsymbol {\ tau}} = {\ frac {\ mathrm {d} \ mathbf {L}} {\ mathrm {d} t}}}

, где L - это вектор углового момента и - время.

Для движения точечной частицы,

L = Iω, {\ displaystyle \ mathbf {L} = I {\ boldsymbol {\ omega}},}

, где I - момент инерции, а ω - псевдовектор орбитальной угловой скорости.{2})} {\ mathrm {d} t}} {\ boldsymbol {\ omega}} = I {\ boldsymbol {\ alpha}} + 2rp_ {||} {\ boldsymbol {\ omega}},}

, где α - угловое ускорение частицы, а p || - радиальная составляющая его линейного импульса. Это уравнение является вращательным аналогом второго закона Ньютона для точечных частиц и справедливо для любого типа траектории. Обратите внимание, что хотя сила и ускорение всегда параллельны и прямо пропорциональны, крутящий момент τ не обязательно должен быть параллельным или прямо пропорциональным угловому ускорению α .Это вытекает из того факта, что, хотя масса всегда сохраняется, момент инерции вообще нет.

Доказательство эквивалентности определений [править]

Определение момента импульса для одной точечной частицы:

L = r × p {\ displaystyle \ mathbf {L} = \ mathbf {r} \ times {\ boldsymbol {p}}}

, где p - линейный импульс частицы, а r - позиция вектор из происхождения. Производная по времени это:

dLdt = r × dpdt + drdt × p.{\ displaystyle {\ frac {\ mathrm {d} \ mathbf {L}} {\ mathrm {d} t}} = \ mathbf {r} \ times {\ frac {\ mathrm {d} {\ boldsymbol {p} }} {\ mathrm {d} t}} + {\ frac {\ mathrm {d} \ mathbf {r}} {\ mathrm {d} t}} \ times {\ boldsymbol {p}}.}

Этот результат можно легко доказать, разбив векторы на компоненты и применив правило произведения. Теперь, используя определение силы F = dpdt {\ displaystyle \ mathbf {F} = {\ frac {\ mathrm {d} {\ boldsymbol {p}}} {\ mathrm {d} t}}} (независимо от массы является постоянным) и определение скорости drdt = v {\ displaystyle {\ frac {\ mathrm {d} \ mathbf {r}} {\ mathrm {d} t}} = \ mathbf {v}}

dLdt = r × F + v × p.{\ displaystyle {\ frac {\ mathrm {d} \ mathbf {L}} {\ mathrm {d} t}} = \ mathbf {r} \ times \ mathbf {F} + \ mathbf {v} \ times {\ boldsymbol {p}}.}

Перекрестное произведение импульса p {\ displaystyle {\ boldsymbol {p}}} со связанной скоростью v {\ displaystyle \ mathbf {v}} равно нулю, поскольку скорость и импульс параллельны, так что второй член исчезает.

По определению, крутящий момент τ = r × F . Следовательно, крутящий момент на частице равен и равен первая производная его углового момента по времени.

Если применяется несколько сил, второй закон Ньютона вместо этого гласит: F net = м a , и из этого следует, что

dLdt = r × Fnet = τnet. {\ Displaystyle {\ frac {\ mathrm {d} \ mathbf {L}} {\ mathrm {d} t}} = \ mathbf {r} \ times \ mathbf {F} _ {\ mathrm {net}} = {\ boldsymbol {\ tau}} _ {\ mathrm {net}}.}

Это общее доказательство для точечных частиц.

Доказательство можно обобщить на систему точечных частиц, применив приведенное выше доказательство к каждой из точечных частиц и затем суммируя по всем точечным частицам.Точно так же доказательство может быть обобщено на непрерывную массу, применяя приведенное выше доказательство к каждой точке в пределах массы, а затем интегрируя по всей массе.

Крутящий момент имеет величину силы, умноженную на расстояние, символически L 2 MT -2 . Официальная литература СИ предлагает использовать прибор ньютон-метр (Н⋅м). [9] Единица Ньютон-метр должным образом обозначается в Нм. [10]

Единицей СИ для энергии или работы является джоуль.

Традиционные единицы измерения крутящего момента в имперских и американских единицах измерения - фунт-фут (фунт-фут) или для небольших значений дюйм-фунт (дюйм-фунт).

Особые случаи и другие факты [править]

Формула моментного рычага [править]

Очень полезный особый случай, часто определяемый как определение крутящего момента в других областях, помимо физики, заключается в следующем:

τ = (момент руки) (сила). {\ Displaystyle \ tau = ({\ text {момент руки}}) ({\ text {сила}}).}

Построение "руки момента" показано на рисунке справа вместе с векторами r и F , упомянутыми выше.Проблема с этим определением состоит в том, что оно не дает направление крутящего момента, а только величину, и, следовательно, его трудно использовать в трехмерных случаях. Если сила перпендикулярна вектору смещения r , моментное плечо будет равно расстоянию до центра, а крутящий момент будет максимальным для данной силы. Уравнение для величины крутящего момента, возникающего из перпендикулярной силы:

τ = (расстояние до центра) (сила). {\ Displaystyle \ tau = ({\ text {расстояние до центра}}) ({\ text {force}}).}

Например, если человек прикладывает усилие 10 Н к конечному концу гаечного ключа длиной 0,5 м (или усилие 10 Н точно на 0,5 м от точки закручивания гаечного ключа любой длины), крутящий момент будет 5 Н · м - при условии, что человек перемещает гаечный ключ, прикладывая усилие в плоскости движения и перпендикулярно гаечному ключу.

Крутящий момент, вызванный двумя противоположными силами F г и - F г , вызывает изменение углового момента L в направлении этого крутящего момента.Это заставляет вершину прецессировать.

Статическое равновесие [править]

Чтобы объект находился в статическом равновесии, сумма сил должна быть не только равна нулю, но и сумма моментов (моментов) относительно любой точки. Для двумерной ситуации с горизонтальными и вертикальными силами сумма требуемого усилия составляет два уравнения: Σ H = 0 и Σ V = 0, а крутящий момент - третье уравнение: Σ τ = 0. То есть для решения статически определенных задач равновесия в двух измерениях используются три уравнения.

Чистая сила против крутящего момента [править]

Когда полезная сила в системе равна нулю, крутящий момент, измеренный в любой точке пространства, одинаков. Например, крутящий момент в токоведущей петле в однородном магнитном поле одинаков, независимо от вашей точки отсчета. Если чистая сила F {\ displaystyle \ mathbf {F}} не равна нулю, а τ1 {\ displaystyle {\ boldsymbol {\ tau}} _ {1}} является крутящим моментом, измеренным из r1 {\ displaystyle \ mathbf {r} _ {1}}, тогда измеренный крутящий момент от r2 {\ displaystyle \ mathbf {r} _ {2}} равен… τ2 = τ1 + (r1 − r2) × F {\ displaystyle {\ boldsymbol {\ tau}} _ {2} = {\ boldsymbol {\ tau}} _ {1} + (\ mathbf {r} _ {1} - \ mathbf {r} _ {2}) \ times \ mathbf {F}}

Крутящий момент машины [править]

Кривая крутящего момента мотоцикла («BMW K 1200 R 2005»).Горизонтальная ось показывает скорость (в об / мин), в которой коленчатый вал вращается, а вертикальная ось - это крутящий момент (в ньютон-метрах), который двигатель способен обеспечить на этой скорости.

Крутящий момент является частью базовой спецификации двигателя: выходная мощность двигателя выражается в виде его крутящего момента, умноженного на частоту вращения оси. Двигатели внутреннего сгорания вырабатывают полезный крутящий момент только в ограниченном диапазоне скоростей вращения (обычно от 1000 до 6000 об / мин для небольшого автомобиля).Можно измерить переменный выходной крутящий момент в этом диапазоне с помощью динамометра и показать его в виде кривой крутящего момента.

Паровые двигатели и электродвигатели имеют тенденцию создавать максимальный крутящий момент, близкий к нулю оборотов, причем крутящий момент уменьшается по мере увеличения скорости вращения (из-за увеличения трения и других ограничений). Поршневые паровые двигатели и электродвигатели могут запускать тяжелые нагрузки с нуля оборотов без сцепления.

Соотношение между крутящим моментом, мощностью и энергией [править]

Если сила позволена действовать на расстоянии, она выполняет механическую работу.{\ theta _ {2}} \ tau \ \ mathrm {d} \ theta,}

, где τ - крутящий момент, а θ 1 и θ 2 представляют (соответственно) начальный и окончательные угловые положения тела. [11]

Доказательство [править]

Работа, выполняемая переменной силой, действующей на конечное линейное смещение s {\ displaystyle s}, дается путем интегрирования силы относительно элементарного линейного смещения ds → {\ displaystyle \ mathrm {d} {\ vec {s}} }

W = ∫s1s2F → ⋅ds → {\ displaystyle W = \ int _ {s_ {1}} ^ {s_ {2}} {\ vec {F}} \ cdot \ mathrm {d} {\ vec {s }}}

Однако бесконечно малое линейное смещение ds → {\ displaystyle \ mathrm {d} {\ vec {s}}} связано с соответствующим угловым смещением dθ → {\ displaystyle \ mathrm {d} {\ vec {\ theta}}} и радиус-вектор r → {\ displaystyle {\ vec {r}}} как

ds → = dθ → × r → {\ displaystyle \ mathrm {d} {\ vec {s}} = \ mathrm {d} {\ vec {\ theta}} \ times {\ vec {r}}}

Подстановка в вышеприведенном выражении для работы дает

W = ∫s1s2F → ⋅dθ → × r → {\ displaystyle W = \ int _ {s_ {1}} ^ {s_ {2}} {\ vec {F}} \ cdot \ mathrm {d} {\ vec {\ theta}} \ times {\ vec {r}}}

Выражение F → θdθ → × r → {\ displaystyle {\ vec {F}} \ cdot \ mathrm {d} {\ vec { \ theta}} \ times {\ vec {r}}} - скалярное тройное произведение, заданное [F → dθ → r →] {\ displaystyle \ left [{\ vec {F}} \, \ mathrm {d} { \ vec {\ theta}} \, {\ vec {r}} \ right]}.Альтернативное выражение для того же скалярного тройного произведения

[F → dθ → r →] = r → × F → θdθ → {\ displaystyle \ left [{\ vec {F}} \, \ mathrm {d} {\ vec {\ theta}} \, { \ vec {r}} \ right] = {\ vec {r}} \ times {\ vec {F}} \ cdot \ mathrm {d} {\ vec {\ theta}}}

Но согласно определению крутящего момента,

τ → = r → × F → {\ displaystyle {\ vec {\ tau}} = {\ vec {r}} \ times {\ vec {F}}}

Соответствующее замещение в выражении работы дает ,

W = ∫s1s2τ → ⋅dθ → {\ displaystyle W = \ int _ {s_ {1}} ^ {s_ {2}} {\ vec {\ tau}} \ cdot \ mathrm {d} {\ vec { \ theta}}}

Так как параметр интегрирования был изменен с линейного смещения на угловое смещение, пределы интегрирования также соответственно изменяются, давая

W = ∫θ1θ2τ → ⋅dθ → {\ displaystyle W = \ int _ {\ theta _ {1}} ^ {\ theta _ {2}} {\ vec {\ tau}} \ cdot \ mathrm {d} {\ vec {\ theta}}}

Если крутящий момент и угловое смещение находятся в одном направлении, то скалярное произведение уменьшается до произведения величин; я.{2},}

, где I - момент инерции тела, а ω - его угловая скорость. [11]

Мощность - это работа в единицу времени, определяемая как

P = τ⋅ω, {\ displaystyle P = {\ boldsymbol {\ tau}} \ cdot {\ boldsymbol {\ omega}},}

, где P - мощность, τ - крутящий момент, ω - угловая скорость, а ⋅ - скалярное произведение.

Алгебраически уравнение может быть переупорядочено для вычисления крутящего момента для данной угловой скорости и выходной мощности.Обратите внимание, что мощность, создаваемая крутящим моментом, зависит только от мгновенной угловой скорости, а не от того, увеличивается ли угловая скорость, уменьшается или остается постоянной во время приложения крутящего момента (это эквивалентно линейному случаю, когда мощность, вводимая силой зависит только от мгновенной скорости, а не от результирующего ускорения, если оно есть).

На практике это соотношение можно наблюдать в велосипедах: велосипеды, как правило, состоят из двух дорожных колес, переднего и заднего зубчатых колес (называемых звездочками), сцепленных с круглой цепью, и механизма переключателя, если система трансмиссии велосипеда допускает несколько передач отношения, которые будут использоваться (т.е.е. многоскоростной велосипед), все из которых прикреплены к раме. Велосипедист, человек

.

Что такое крутящий момент двигателя? Его характеристики и формула-CarBikeTech

Определение крутящего момента двигателя и формула:

Что такое крутящий момент двигателя?

Проще говоря, крутящий момент

равен « крутящего момента или силы поворота ». Это тенденция силы вращать объект вокруг оси. В автомобильном отношении это мера вращательного усилия, приложенного к коленчатому валу двигателя поршнем.

Крутящий момент = Сила х Расстояние. Система SI использует Ньютон-метр (Нм) для измерения крутящего момента.Другие единицы - килограмм-метр (кг-м) в метрической системе и фут-фунт-сила ’(фут-фунт) в имперских / британских единицах.

Диаграмма определения крутящего момента

Каждый двигатель спроектирован и изготовлен для определенной цели. Следовательно, его выход варьируется в зависимости от его применения. Выходной крутящий момент автомобильного двигателя в основном зависит от его отношения хода к отверстию, степени сжатия, давления сгорания и скорости в оборотах в минуту. Большинство двигателей «под квадратом», у которых длина хода на больше, чем у диаметра отверстия , имеют тенденцию развивать большое значение « крутящего момента на низких оборотах ».Величина крутящего момента, который может оказывать двигатель, зависит от оборотов двигателя.

Различные конструкции / конфигурации двигателей развивают различные характеристики крутящего момента, такие как пиковая кривая / плоская кривая . Большинство автомобильных двигателей вырабатывают полезный крутящий момент в узкой полосе всего диапазона скоростей двигателя. В бензиновых двигателях он обычно запускается при 1000-1200 об / мин и достигает пика в диапазоне 2500-4000 об / мин. В то время как в дизельном двигателе он запускается при 1500-1700 об / мин, и достигает максимума при 2000-3000 об / мин.Bugatti Veyron - один из автомобилей с самым высоким крутящим моментом.

График крутящего момента двигателя

Как рассчитать крутящий момент двигателя:

Если вы знаете мощность двигателя, то можете использовать следующую формулу -

Крутящий момент = 5252 х л.с. / об / мин

Почему важен крутящий момент двигателя?

Torque и Horse-Power являются двойными выходами двигателя. Они связаны и пропорциональны друг другу по скорости. «Диапазон крутящего момента » на кривой двигателя соответствует его тяговым усилиям , которые определяют « ходовой части автомобиля » и «ускорение ».Крутящий момент наиболее необходим при перемещении транспортного средства со стоянки и / или подъеме по склону. Аналогичным образом, более тяжелым является транспортное средство, или транспортное средство с полной номинальной нагрузкой требует более высокого крутящего момента, чтобы тянуть его и заставить его двигаться. В обычном двигателе мощность определяет максимальную скорость автомобиля (через передаточные числа), а крутящий момент управляет его ускорением / разгоном. Скорость ускорения также зависит от веса транспортного средства и «нагрузки», которую несет транспортное средство.

Flat-Curve против пиковой кривой крутящего момента двигателя:

Большинство бензиновых двигателей, как правило, вырабатывают довольно большое количество « с низким крутящим моментом ».Однако обычно они имеют крутящий момент с кривой пика в форме «пика» холма. В конструкции « с пиковой кривой » крутящий момент достигает пика в середине диапазона оборотов двигателя (около 2500–3000 об / мин). После этого он начинает быстро исчезать, в то время как мощность продолжает расти. HP достигает своего максимального значения позже при более высоких оборотах двигателя, а затем исчезает на красной линии.

Пик против крутящего момента с плоской кривой

Большинство современных дизельных двигателей обеспечивают крутящий момент с плоской кривой .В конструкции с «плоской кривой» двигатель выдает максимальный крутящий момент при « от нижнего до среднего конца » от частоты вращения двигателя, т.е. 1500 об / мин. Его значение остается практически неизменным или «плоским» в большей части диапазона оборотов двигателя (2500-4000 об / мин). Это способствует лучшему ускорению и уменьшает количество переключений передач во время движения.

Что такое низкий крутящий момент?

Часто производители используют этот термин для описания крутящего момента двигателя. ‘ Low-End-Torque ’ - это количество крутящего момента, которое двигатель создает при более низкой полосе оборотов двигателя i.е. между 1000-2000 об / мин . Этот диапазон оборотов очень важен при перемещении транспортного средства из неподвижного состояния или в движении в условиях низкой скорости, таких как в движении. Если двигатель генерирует больший крутящий момент на нижнем конце полосы оборотов, это означает, что двигатель обладает более высокой ‘ крутящим моментом на низких оборотах ’ или лучшей тянущей способностью на низких скоростях . Это также означает, что двигатель может быстро перемещать транспортное средство из неподвижного состояния, тянуть тяжелые грузы или относительно легко подниматься по склону, в зависимости от обстоятельств, без резких оборотов.

Крутящий момент и КПД двигателя:

Крутящий момент двигателя достигает своего пикового значения на скорости, где он наиболее эффективен. Другими словами, КПД двигателя максимален на скорости, на которой он вырабатывает максимальный крутящий момент. Если вы поднимаете двигатель выше этой скорости, его крутящий момент начинает уменьшаться из-за повышенного трения движущихся частей двигателя. Таким образом, даже если вы увеличиваете и превышаете максимальную частоту вращения двигателя, крутящий момент больше не увеличивается.

Крутящий момент двигателя умножается на шестерни.Понизьте выбранную передачу (т. Е. 1 - передача, которая имеет высокое передаточное число), тем выше тяговая способность двигателя. Таким образом, тяговое усилие транспортного средства является самым высоким на первой передаче. Однако, если вы включите двигатель дальше на 1 -й передаче , через некоторое время он достигнет своего предела; тем самым побуждая водителя переключиться на следующую передачу. Напротив, если вы переключаете передачи до того, как крутящий момент двигателя достигает своего «пикового» значения, транспортное средство может потерять свое ускорение. Это потому, что колеса не получат достаточно силы, чтобы вращаться.Таким образом, вынуждая водителя переключаться обратно на предыдущую / пониженную передачу.

Крутящий момент двигателя и вождение:

Наилучшая топливная эффективность может быть достигнута путем переключения передач в «Power-Band» автомобиля и переключения передач как можно ближе к максимальному значению крутящего момента . Кроме того, для повышения эффективности выберите правильную передачу (и), соответствующую скорости автомобиля / оборотам двигателя, в соответствии с рекомендациями производителя автомобиля.

1. Сценарий шоссе:

Самый верхний доступный механизм (т.е.е. 5-й или 6-й или около того) + самая низкая частота вращения двигателя = наилучшая экономия топлива

2. При подъеме по склону / уклону:

Низкая передача (т.е. 1-я) + Высокая скорость двигателя = Наименьшая топливная экономичность, но большая тяговая способность.

После того, как ваш автомобиль преодолеет 60 км / ч, например, на шоссе, вам не понадобятся высокие обороты двигателя, чтобы он продолжал двигаться. Это означает, что во время круиза по автомагистралям / автомагистралям используйте самую верхнюю передачу и держите обороты двигателя ниже 2500 для достижения максимальной эффективности.Точно так же, когда вы поднимаетесь по склону, вам нужно использовать более низкую передачу (т.е. 1-ю передачу) и более высокие обороты двигателя, чтобы тянуть автомобиль (и груз, если он есть) против силы тяжести. Однако это повлияет на эффективность использования топлива.

Мощность крутящего момента Расход топлива

Эти значения указаны в каждом руководстве пользователя. Сказав это, всегда запускать двигатель на «максимальной мощности / скорости» или вращать двигатель до зоны « Красная линия » не требуется, если вы не участвуете в гонке, поскольку это приведет только к сжиганию дополнительного топлива ,

Помните, что такое дополнительное топливо, сожженное или сэкономленное, будет иметь большое значение в конце пути - будь то короткий или длинный… !!!

Подробнее: Что такое лошадиная сила?

О CarBikeTech

CarBikeTech - технический блог с опытом работы более 20 лет в автомобильной сфере. Регулярно публикует специальные технические статьи по автомобильной технике.

Посмотреть все сообщения CarBikeTech

,Преобразователь крутящего момента

- Wikipedia

Преобразователь крутящего момента ZF Вырезная модель гидротрансформатора

Преобразователь крутящего момента - это тип гидравлической муфты, которая передает мощность вращения от первичного двигателя, такого как двигатель внутреннего сгорания, на вращающуюся ведомую нагрузку. В автомобиле с автоматической коробкой передач гидротрансформатор подключает источник питания к нагрузке. Обычно он расположен между гибкой пластиной двигателя и трансмиссией. Эквивалентным местом в механической коробке передач будет механическое сцепление.

Главной характеристикой гидротрансформатора является его способность умножать крутящий момент, когда выходная частота вращения настолько мала, что позволяет жидкости, выходящей из искривленных лопаток турбины, отклоняться от статора, пока он зафиксирован на своем способ сцепления, обеспечивающий тем самым эквивалент редуктора. Это особенность, отличная от простой гидравлической муфты, которая может соответствовать скорости вращения, но не умножать крутящий момент, тем самым снижая мощность.

Некоторые из этих устройств также оснащены механизмом блокировки, который жестко привязывает двигатель к трансмиссии, когда их скорости почти равны, чтобы избежать проскальзывания и, как следствие, потери эффективности.

Гидравлические системы [править]

Наиболее распространенной формой гидротрансформатора в автомобильных трансмиссиях является гидрокинетическое устройство, описанное в этой статье. Существуют также гидростатические системы, которые широко используются в небольших машинах, таких как компактные экскаваторы.

Механические системы [править]

Существуют также механические конструкции для бесступенчатых трансмиссий, которые также способны увеличивать крутящий момент. Они включают в себя маятниковый гидротрансформатор Constantinesco, трансмиссию с фрикционным приводом Lambert и Вариоматик с расширяющимися шкивами и ременным приводом.

Функция [править]

Теория работы [править]

В уравнениях движения преобразователя крутящего момента

доминирует уравнение турбомашины Леонарда Эйлера восемнадцатого века:

τ = ∑ [r × ddt (m⋅v)] {\ displaystyle \ tau = \ sum \ left [r \ times {\ frac {d} {dt}} \ left (m \ cdot v \ right) \ справа]}

Уравнение расширяется и включает в себя пятую степень радиуса; в результате свойства гидротрансформатора очень зависят от размера устройства.

Элементы гидротрансформатора [править]

Гидравлическая муфта - это двухэлементный привод, который не способен умножить крутящий момент, в то время как гидротрансформатор имеет по меньшей мере один дополнительный элемент - статор, который изменяет характеристики привода в периоды сильного проскальзывания, вызывая увеличение выходного крутящего момента.

В гидротрансформаторе имеется по меньшей мере три вращающихся элемента: рабочее колесо, которое механически приводится в движение первичным двигателем; турбина, которая приводит в движение груз; и статор, который расположен между рабочим колесом и турбиной так, что он может изменять поток масла, возвращающегося от турбины к рабочему колесу. Классическая конструкция гидротрансформатора требует, чтобы статор не вращался ни при каких условиях, отсюда термин статор . На практике, однако, статор установлен на обгонной муфте, которая предотвращает вращение статора в противоположных направлениях относительно первичного двигателя, но допускает вращение вперед.

Периодически вносятся изменения в базовую трехэлементную конструкцию, особенно в приложениях, где требуется увеличение крутящего момента выше нормального. Чаще всего они принимают форму нескольких турбин и статоров, каждый из которых предназначен для разной величины умножения крутящего момента. Например, автоматическая коробка передач Buick Dynaflow была неизменяемой конструкцией и в нормальных условиях полагалась исключительно на преобразователь для умножения крутящего момента.Dynaflow использовал пятиэлементный преобразователь, чтобы произвести широкий диапазон умножения крутящего момента, необходимого для движения тяжелого транспортного средства.

Несмотря на то, что многие автомобильные преобразователи не являются частью классической конструкции гидротрансформатора, они оснащены блокировочной муфтой для повышения эффективности передачи крейсерской мощности и снижения нагрева. Применение сцепления блокирует турбину к рабочему колесу, вызывая механическую передачу всей мощности, тем самым устраняя потери, связанные с гидравлическим приводом.

Операционные фазы [править]

Гидротрансформатор имеет три этапа работы:

  • Стойло .Первичный двигатель подает мощность на рабочее колесо, но турбина не может вращаться. Например, в автомобиле этот этап работы происходит, когда водитель включил передачу, но препятствует движению транспортного средства, продолжая нажимать тормоза. При останове гидротрансформатор может производить максимальное умножение крутящего момента, если применяется достаточная входная мощность (результирующее умножение называется , коэффициент останова ). Фаза сваливания фактически длится в течение короткого периода, когда нагрузка (например,Например, автомобиль) изначально начинает движение, так как между насосом и скоростью турбины будет очень большая разница.
  • Ускорение . Нагрузка ускоряется, но все еще существует относительно большая разница между рабочим колесом и скоростью турбины. При этом условии преобразователь будет производить умножение крутящего момента меньше, чем можно было бы достичь в условиях остановки. Степень умножения будет зависеть от фактической разницы между скоростью насоса и турбины, а также от различных других конструктивных факторов.
  • Муфта . Турбина достигла примерно 90 процентов скорости вращения рабочего колеса. Умножение крутящего момента практически прекратилось, и гидротрансформатор ведет себя подобно простой гидравлической муфте. В современных автомобильных приложениях, как правило, именно на этой стадии эксплуатации применяется блокирующая муфта, что повышает топливную экономичность.

Ключ к способности гидротрансформатора умножать крутящий момент лежит в статоре.В классической конструкции гидравлического соединения периоды сильного проскальзывания приводят к тому, что поток жидкости, возвращающийся из турбины в рабочее колесо, противодействует направлению вращения рабочего колеса, что приводит к значительной потере эффективности и выделению значительного количества отработанного тепла. При тех же условиях в гидротрансформаторе возвращаемая жидкость будет перенаправляться статором так, чтобы он помогал вращению рабочего колеса, а не мешал ему. В результате большая часть энергии в возвращаемой жидкости восстанавливается и добавляется к энергии, подаваемой на рабочее колесо первичным двигателем.Это действие вызывает значительное увеличение массы жидкости, направляемой в турбину, что приводит к увеличению выходного крутящего момента. Поскольку возвращающаяся текучая среда первоначально движется в направлении, противоположном вращению рабочего колеса, статор также будет пытаться вращаться в противоположном направлении, поскольку он заставляет текучую среду менять направление, эффект, который предотвращается односторонней муфтой статора.

В отличие от радиально прямых лопастей, используемых в простой жидкостной муфте, турбина и статор гидротрансформатора используют угловые и изогнутые лопасти.Форма лопатки статора изменяет траекторию движения жидкости, заставляя ее совпадать с вращением рабочего колеса. Соответствующая кривая лопаток турбины помогает правильно направить возвращающуюся жидкость в статор, чтобы последний мог выполнять свою работу. Форма лопастей важна, поскольку незначительные изменения могут привести к значительным изменениям в производительности преобразователя.

Во время фаз останова и ускорения, когда происходит увеличение крутящего момента, статор остается неподвижным из-за действия своей односторонней муфты.Однако, когда гидротрансформатор приближается к фазе сцепления, энергия и объем жидкости, возвращающейся из турбины, будут постепенно уменьшаться, вызывая аналогичное снижение давления на статоре. Находясь в фазе сцепления, возвратная жидкость изменит направление и теперь будет вращаться в направлении рабочего колеса и турбины, эффект, который будет пытаться вращать статор вперед. В этот момент муфта статора расцепляется, и рабочее колесо, турбина и статор все (более или менее) вращаются как единое целое.

Неизбежно, что некоторая часть кинетической энергии жидкости будет потеряна из-за трения и турбулентности, что приводит к тому, что преобразователь генерирует отработанное тепло (рассеивается во многих применениях водяным охлаждением). Этот эффект, часто называемый потерей при прокачке, будет наиболее выражен в условиях остановки или около нее. В современных конструкциях геометрия лопаток сводит к минимуму скорость масла при низких скоростях рабочего колеса, что позволяет турбине останавливаться на длительные периоды с минимальной опасностью перегрева (например, когда транспортное средство с автоматической коробкой передач останавливается по сигналу светофора или в пробке при все еще в передаче).

Эффективность и умножение крутящего момента [править]

Гидротрансформатор не может достичь 100-процентной эффективности сцепления. Классический трехэлементный гидротрансформатор имеет кривую эффективности, которая похожа на ∩: нулевая эффективность при останове, обычно повышающая эффективность во время фазы ускорения и низкая эффективность в фазе сцепления. Потеря эффективности, когда преобразователь входит в фазу соединения, является результатом турбулентности и помех потока жидкости, создаваемых статором, и, как упоминалось ранее, обычно преодолевается путем установки статора на одностороннюю муфту.

Даже с преимуществом односторонней статорной муфты преобразователь не может достичь того же уровня эффективности в фазе муфты, что и муфта жидкостной муфты эквивалентного размера. Некоторые потери связаны с наличием статора (даже если он вращается как часть сборки), поскольку он всегда генерирует некоторую поглощающую энергию турбулентность. Большая часть потерь, однако, вызвана изогнутыми и наклонными лопастями турбины, которые не поглощают кинетическую энергию из массы жидкости, а также радиально прямыми лопастями.Поскольку геометрия лопатки турбины является решающим фактором в способности преобразователя умножать крутящий момент, компромиссы между умножением крутящего момента и эффективностью сцепления неизбежны. В автомобильной промышленности, где рыночные силы и правительственный указ требовали неуклонного улучшения экономии топлива, почти универсальное использование блокирующей муфты помогло исключить преобразователь из уравнения эффективности во время крейсерской операции.

Максимальная величина умножения крутящего момента, создаваемого преобразователем, сильно зависит от размера и геометрии лопаток турбины и статора и генерируется только тогда, когда преобразователь находится в фазе останова или около нее.Типичные коэффициенты умножения крутящего момента колеблются от 1,8: 1 до 2,5: 1 для большинства автомобильных применений (хотя многоэлементные конструкции, используемые в Buick Dynaflow и Chevrolet Turboglide, могут производить больше). Специализированные преобразователи, предназначенные для промышленных, железнодорожных или тяжелых морских систем электропередачи, способны умножать до 5: 1. Вообще говоря, существует компромисс между максимальным умножением крутящего момента и эффективностью - преобразователи с высоким коэффициентом срыва имеют тенденцию быть относительно неэффективными ниже скорости сцепления, тогда как преобразователи с низким коэффициентом срыва имеют тенденцию обеспечивать меньшее возможное увеличение крутящего момента.

Характеристики гидротрансформатора должны быть тщательно согласованы с кривой крутящего момента источника питания и предполагаемого применения. Изменение геометрии лопаток статора и / или турбины приведет к изменению характеристик срыва крутящего момента, а также общей эффективности устройства. Например, в автоматических трансмиссиях для гонок с драг-рейсингом часто используются преобразователи, модифицированные для обеспечения высоких скоростей сваливания, для повышения крутящего момента в автономном режиме и для более быстрого попадания в диапазон мощности двигателя.Автомобили повышенной проходимости обычно используют преобразователи крутящего момента с более низкой скоростью, чтобы ограничить выработку тепла и обеспечить более четкое представление о характеристиках автомобиля.

Особенностью конструкции, когда-то найденной в некоторых автоматических коробках передач General Motors, был статор с переменным шагом, в котором угол атаки лопастей можно было изменять в ответ на изменения частоты вращения двигателя и нагрузки. Результатом этого было изменение величины умножения крутящего момента, создаваемого преобразователем. При нормальном угле атаки статор заставлял преобразователь производить умеренное количество умножений, но с более высоким уровнем эффективности.Если водитель резко открыл дроссель, клапан переключит шаг статора на другой угол атаки, увеличивая увеличение крутящего момента за счет эффективности.

Некоторые преобразователи крутящего момента используют несколько статоров и / или несколько турбин для обеспечения более широкого диапазона умножения крутящего момента. Такие многоэлементные преобразователи более распространены в промышленных условиях, чем в автомобильных трансмиссиях, но также существуют автомобильные приложения, такие как Buick's Triple Turbine Dynaflow и Chevrolet Turboglide.Buick Dynaflow использовал характеристики умножения крутящего момента своей планетарной передачи в сочетании с гидротрансформатором для пониженной передачи и обошел первую турбину, используя только вторую турбину, поскольку скорость автомобиля увеличивалась. Неизбежным компромиссом с этой компоновкой была низкая эффективность, и в итоге эти передачи были прекращены в пользу более эффективных трехскоростных агрегатов с обычным трехэлементным гидротрансформатором. Также установлено, что КПД гидротрансформатора максимален при очень низких скоростях.

Блокировочные гидротрансформаторы [править]

Как описано выше, потери в гидротрансформаторе снижают эффективность и выделяют тепло. В современных автомобильных приложениях эту проблему обычно избегают с помощью блокировочной муфты, которая физически связывает рабочее колесо и турбину, эффективно превращая преобразователь в чисто механическое соединение. Результатом является отсутствие проскальзывания и практически отсутствие потерь мощности.

Первым автомобильным применением принципа блокировки была Ультраматическая трансмиссия Packard, представленная в 1949 году, которая блокировала преобразователь на крейсерских скоростях, отпираясь, когда дроссель был включен для быстрого ускорения или при замедлении транспортного средства.Эта особенность также присутствовала в некоторых передачах Борг-Уорнера, выпущенных в 1950-х годах. В последующие годы он потерял популярность из-за его дополнительной сложности и стоимости. В конце 1970-х годов стали появляться муфты блокировки в ответ на требования по улучшению экономии топлива, и теперь они практически универсальны в автомобильной промышленности.

Режимы работы и отказа [править]

Как и в случае базового жидкостного соединения, теоретическая пропускная способность преобразователя пропорциональна rN2D5 {\ displaystyle r \, N ^ {2} D ^ {5}}, где r {\ displaystyle r} - массовая плотность жидкости (кг / м³), N {\ displaystyle N} - скорость рабочего колеса (об / мин), а D {\ displaystyle D} - диаметр (м). [1] На практике максимальный крутящий момент ограничен механическими характеристиками материалов, используемых в компонентах преобразователя, а также способностью преобразователя рассеивать тепло (часто посредством водяного охлаждения). Для повышения прочности, надежности и экономичности производства большинство корпусов автомобильных преобразователей имеют сварную конструкцию. Промышленные блоки обычно собираются с кожухами на болтах, конструктивная особенность которых облегчает процесс проверки и ремонта, но увеличивает стоимость производства преобразователя.

В высокопроизводительных, гоночных и сверхмощных коммерческих преобразователях насос и турбина могут быть дополнительно усилены с помощью процесса, называемого пайкой в ​​печи, при котором расплавленная латунь втягивается в швы и соединения для получения более прочного соединения между лопатками, ступицами и кольцевым пространством. кольцо (ы). Поскольку процесс пайки в печи создает небольшой радиус в точке, где лопасть встречается со ступицей или кольцевым кольцом, происходит теоретическое уменьшение турбулентности, что приводит к соответствующему увеличению эффективности.

Перегрузка преобразователя может привести к нескольким режимам отказа, некоторые из которых потенциально опасны по своей природе:

  • Перегрев : Постоянные высокие уровни проскальзывания могут нарушить способность преобразователя рассеивать тепло, что приведет к повреждению эластомерных уплотнений, которые удерживают жидкость внутри преобразователя. Это приведет к утечке из устройства и, в конечном итоге, к прекращению работы из-за недостатка жидкости.
  • Захват муфты статора : Внутренние и внешние элементы односторонней муфты статора постоянно фиксируются вместе, что предотвращает вращение статора во время фазы соединения.Чаще всего захват происходит из-за сильной нагрузки и последующего искажения компонентов сцепления. В конце концов происходит заедание сопрягающихся частей, что вызывает захват. Преобразователь с зацепленной статорной муфтой будет демонстрировать очень низкую эффективность во время фазы сцепления, а в автомобиле расход топлива резко возрастет. Перегрев преобразователя в таких условиях обычно возникает при попытке продолжения работы.
  • Обрыв муфты статора : очень резкое включение питания может вызвать ударную нагрузку на муфту статора и привести к поломке.Если это произойдет, статор будет свободно вращаться в направлении, противоположном направлению вращения насоса, и практически не будет происходить передача энергии. В автомобиле эффект аналогичен серьезному случаю проскальзывания трансмиссии, и транспортное средство практически неспособно двигаться самостоятельно.
  • Деформация и фрагментация лопаток : При резкой нагрузке или чрезмерном нагреве преобразователя лопатки насоса и / или турбины могут деформироваться, отделяться от их ступиц и / или кольцевых колец или могут разбиться на фрагменты.По крайней мере, такой отказ приведет к значительной потере эффективности, вызывая симптомы, похожие (хотя и менее выраженные) на симптомы, которые сопровождают отказ муфты статора. В крайних случаях произойдет катастрофическое разрушение преобразователя.
  • Раздувание : Длительная работа при чрезмерной нагрузке, очень резкое приложение нагрузки или работа гидротрансформатора при очень высоких оборотах могут привести к физическому искажению формы корпуса конвертера из-за внутреннего давления и / или напряжения, вызванного инерцией ,В экстремальных условиях раздувание приведет к разрыву корпуса конвертера, что приведет к сильному распространению горячих нефтяных и металлических фрагментов по большой площади.

Производители [редактировать]

Текущий [править]

  • Aisin AW, используется в автомобилях
  • Allison Transmission, используемая в автобусах, мусоре, пожаре, строительстве, распределении, военных и специальных применениях
  • BorgWarner, используется в автомобилях
  • Exedy, используется в автомобилях
  • Isuzu, используется в автомобилях
  • Jatco, используется в автомобилях
  • LuK USA LLC, производит преобразователи крутящего момента для Ford, GM, Allison Transmission и Hyundai
  • Subaru, используется в автомобилях
  • Twin Disc, используется в транспортных средствах, на судах и нефтепромыслах
  • Valeo, производит гидротрансформатор для Ford, GM, Mazda, Subaru
  • Voith Turbo-Transmissions, используется во многих тепловозах и нескольких дизельных агрегатах
  • ZF Friedrichshafen, автомобили, лесозаготовительные машины, популярные в городских автобусах

В прошлом [редактировать]

См. Также [править]

Список литературы [править]

Внешние ссылки [редактировать]

,

Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020