Что такое крутящий момент двигателя автомобиля

Крутящий момент двигателя

Стоит понимать, что мощность мотора – это энергия, которая вырабатывается двигателем. И именно эта энергия преобразуется в крутящий момент на выходном (коленчатом) валу двигателя, далее момент изменяется в трансмиссии (при помощи нужных передаточных чисел шестерен) и после передается на привода, или ведущие мосты и после на колеса.

Тронуться и поехать, вы сможете даже на маломощном двигателе (причем для этого нам не нужно много мощности), здесь работают передаточные числа, которые точно подобраны в трансмиссии вашего авто.

НО мы же не хотим ездить со скоростью 20 – 40 км/ч, нам нужно ускорение, быстрое передвижение. А для этого просто необходим достаточный крутящий момент при всех диапазонах скоростей. Это достигается – достаточной мощностью двигателя и подбором шестерен в трансмиссии и приводах, мостах (если есть).

Если вывести определение:

Крутящий момент – это сила, которая умножена на плечо ее приложения, которую может предоставить мотор машине для преодоления тех или иных сопротивлений движению. Измерения производят в ньютонах, а рычаг измеряется в метрах.

Если разобрать, просто «на пальцах формулу», то 1 Н·м – это сила с которой 0,1 кг, давят на конец рычага (это поршень) длиной в 1 метр. Как становится понятно, в двигателе роль рычага выполняет кривошип коленчатого вала, через который и производится крутящий момент. Понятно, что кривошип, длинной не 1 метр, но момент вычисляется из приложенных характеристик.

Именно от этого показателя и зависит время достижения силовым агрегатом максимальной мощности, а значит и динамики разгона авто.

Если образно утрировать — то момент, собирает все лошадиные силы в «кулак» который и раскручивает мотор, и чем больше этот кулак, тем быстрее раскручивается мотор и ускоряется автомобиль.

Что в приоритете – мощность или крутящий момент

При выборе автомобиля с примерно равной
мощностью, в приоритете будет стоять более «моментный». Почему? Мощность авто –
это косвенный показатель тяговых характеристик, и максимальные его значения
проявляются только при пиковых оборотах. В повседневной эксплуатации мы не
доводим стрелку тахометра до красной шкалы, поэтому нас интересует тяговое усилие двигателя на средних оборотах.
Для этого достаточно взглянуть на «полку» крутящего момента.

Сравнение характеристик бензинового и
дизельного двигателя

Важно знать, что пиковое значение у
разных двигателей достигается при разных оборотах. Одни авто развивают весь
потенциал уже при 1500-2500 об/мин, другие
раскрываются только после 4500

Это зависит от устройства впускного коллектора
и системы газораспределения.

Еще один параметр,
который следует учитывать – эластичность двигателя внутреннего сгорания. Это способность
автомобиля набирать обороты под нагрузкой.

Чтобы проверить эластичность,
необходимо набрать скорость от 80 до 120 км/ч на одной передаче. Чем меньше
времени занимает разгон, тем эластичнее ДВС. Такой двигатель будет меньше изнашиваться,
шуметь и расходовать меньше топлива.

Эта характеристика
существенно зависит от полки крутящего усилия.

Таким
образом, идеальным для нас является автомобиль, способный не только быстро
набирать «сотню», но и уверенно разгоняться в движении. Необходимо учитывать и
полку момента – чем меньше она падает после пика с ростом оборотов, тем лучше. Для
повседневной эксплуатации не стоит выбирать двигатель, который раскрывается
только на «верхах» (если, конечно, вы не заядлый гонщик). Тот самый «подрыв»
должен наступать уже после 1200 для дизельных и 2500 об/мин для бензиновых ДВС.
С таким автомобилем вы уверенно будете чувствовать себя в городе и на трассе.

Нагрузка насосов и типы нагрузки электродвигателя

Выделяют следующие типы нагрузок:

Постоянная мощность

Термин «постоянная мощность» используется для определённых типов нагрузки, в которых требуется меньший вращающий момент при увеличении скорости вращения, и наоборот. Нагрузки при постоянной мощности обычно применяются в металлообработке, например, сверлении, прокатке и т.п.

Постоянный вращающий момент

Как видно из названия — «постоянный вращающий момент» — подразумевается, что величина вращающего момента, необходимого для приведения в действие какого- либо механизма, постоянна, независимо от скорости вращения. Примером такого режима работы могут служить конвейеры.

Переменный вращающий момент и мощность

«Переменный вращающий момент» — эта категория представляет для нас наибольший интерес. Этот момент имеет отношение к нагрузкам, для которых требуется низкий вращающий момент при низкой частоте вращения, а при увеличении скорости вращения требуется более высокий вращающий момент. Типичным примером являются центробежные насосы.

Вся остальная часть данного раздела будет посвящена исключительно переменному вращающему моменту и мощности.

Определив, что для центробежных насосов типичным является переменный вращающий момент, мы должны проанализировать и оценить некоторые характеристики центробежного насоса. Использование приводов с переменной частотой вращения обусловлено особыми законами физики. В данном случае это законы подобия, которые описывают соотношение между разностями давления и расходами.

Во-первых, подача насоса прямо пропорциональна частоте вращения. Это означает, что если насос будет работать с частотой вращения на 25% больше, подача увеличится на 25%.

Во-вторых, напор насоса будет меняться пропорционально квадрату изменения скорости вращения. Если частота вращения увеличивается на 25%, напор возрастает на 56%.

В-третьих, что особенно интересно, мощность пропорциональна кубу изменения скорости вращения. Это означает, что если требуемая частота вращения уменьшается на 50%, это равняется 87,5%-ному уменьшению потребляемой мощности.

Итак, законы подобия объясняют, почему использование приводов с переменной частотой вращения более целесообразно в тех областях применения, где требуются переменные значения расхода и давления. Grundfos предлагает ряд электродвигателей со встроенным частотным преобразователем, который регулирует частоту вращения для достижения именно этой цели.

Так же как подача, давление и мощность, потребная величина вращающего момента зависит от скорости вращения.

На рисунке показан центробежный насос в разрезе. Требования к вращающему моменту для такого типа нагрузки почти противоположны требованиям при «постоянной мощности». Для нагрузок при переменном вращающем моменте потребный вращающий момент при низкой частоте вращения — мал, а потребный вращающий момент при высокой частоте вращения — велик. В математическом выражении вращающий момент пропорционален квадрату скорости вращения, а мощность — кубу скорости вращения.

Это можно проиллюстрировать на примере характеристики вращающий момент/частота вращения, которую мы использовали ранее, когда рассказывали о вращающем моменте электродвигателя:

Когда электродвигатель набирает скорость от нуля до номинальной скорости, вращающий момент может значительно меняться. Величина вращающего момента, необходимая при определённой нагрузке, также изменяется с частотой вращения. Чтобы электродвигатель подходил для определённой нагрузки, необходимо чтобы величина вращающего момента электродвигателя всегда превышала вращающий момент, необходимый для данной нагрузки.

В примере, центробежный насос при номинальной нагрузке имеет вращающий момент, равный 70 Нм, что соответствует 22 кВт при номинальной частоте вращения 3000 мин-1. В данном случае насосу при пуске требуется 20% вращающего момента при номинальной нагрузке, т.е. приблизительно 14 Нм. После пуска вращающий момент немного падает, а затем, по мере того, как насос набирает скорость, увеличивается до величины полной нагрузки.

Очевидно, что нам необходим насос, который будет обеспечивать требуемые значения расход/напор (Q/H). Это значит, что нельзя допускать остановок электродвигателя, кроме того, электродвигатель должен постоянно ускоряться до тех пор, пока не достигнет номинальной скорости. Следовательно, необходимо, чтобы характеристика вращающего момента совпадала или превышала характеристику нагрузки на всём диапазоне от 0% до 100% скорости вращения. Любой «избыточный» момент, т.е. разница между кривой нагрузки и кривой электродвигателя, используется как ускорение вращения.

Крутящий момент и лошадиная сила

Автолюбители нередко дискутируют друг с другом: чей двигатель мощнее. Но иногда и не представляют при этом, из чего складывается данный параметр. Общепринятый термин «лошадиная сила» был введён изобретателем Джеймсом Уаттом в XVIII веке.  Он придумал его, наблюдая за лошадью, которая была запряжена в поднимающий уголь из шахты механизм. Он рассчитал, что одна лошадь за минуту может поднять 150 кг угля на высоту 30-ти метров. Одна лошадиная сила эквивалентна 735,5 Ватт, или 1 кВт равен 1,36 л.с.

В первую очередь, мощность любого мотора оценивают в лошадиных силах, и лишь потом вспоминают о крутящем моменте. Но эта тяговая характеристика тоже даёт представление о конкретных тягово-динамических возможностях автомобиля. Крутящий момент является показателем работы силового агрегата, а мощность – основным параметром выполнения этой работы. Эти показатели тесно связаны друг с другом. Чем больше производится двигателем лошадиных сил, тем больше и потенциал крутящего момента. Реализуется этот потенциал в реальных условиях через трансмиссию и полуоси машины. Соединение этих элементов вместе и определяет, как именно мощность может переходить в крутящий момент.

Простейший пример – сравнение трактора с гоночной машиной. У гоночного болида лошадиных сил много, но крутящий момент требуется для увеличения скорости через редуктор. Чтобы такая машина двигалась вперёд, надо совсем немного работы, потому что основная часть мощности используется для развития скорости.

Что касается трактора, то у него может быть мотор с таким же рабочим объёмом, который вырабатывает столько же лошадиных сил. Но мощность в этом случае используется не для развития скорости, а для выработки тяги (См. тяговый класс). Для этого она пропускается через многоступенчатую трансмиссию. Поэтому трактор не развивает высоких скоростей, зато он может буксировать большие грузы, пахать и культивировать землю, и т.д.

В двигателях внутреннего сгорания сила передаётся от газов сгорающего топлива поршню, от поршня – передаётся на кривошипный механизм, и далее на коленчатый вал. А коленвал, через трансмиссию и приводы, раскручивает колёса.

Естественно, крутящий момент двигателя не постоянен. Он сильней, когда на плечо действует бо́льшая сила, и слабей – когда сила слабнет или перестаёт действовать. То есть, когда водитель давит на педаль газа, то сила, воздействующая на плечо, повышается, и, соответственно увеличивается крутящий момент двигателя.

Мощность обеспечивает преодоление всевозможных сил, которые мешают двигаться автомобилю. Это и сила трения в двигателе, трансмиссии и в приводах автомобиля, и аэродинамические силы, и силы качения колёс и т.д. Чем больше мощность, тем большее сопротивление сил машина сможет преодолеть и развить большую скорость. Однако мощность – сила не постоянная, а зависящая от оборотов мотора. На холостом ходу мощность одна, а на максимальных оборотах – совершенно другая. Многими автопроизводителями указывается, при каких оборотах достигается максимально возможная мощность автомобиля.

Необходимо учитывать, что максимальная мощность не развивается сразу. Автомобиль стартует с места практически при минимальных оборотах (немного выше холостого хода), и для того, чтобы отмобилизировать полную мощность, требуется время. Тут и вступает в дело крутящий момент двигателя. Именно от него и будет зависеть, за какой отрезок времени автомашина достигнет своей максимальной мощности – то есть, динамика её разгона.

Зачастую водитель сталкивается с такими ситуациями, когда требуется придать автомобилю значительное ускорение для выполнения необходимого маневра. Прижимая педаль акселератора в пол, он чувствует, что автомобиль ускоряется слабо. Для быстрого ускорения нужен мощный крутящий момент. Именно он и характеризует приёмистость автомобиля.

Основную силу в двигателе внутреннего сгорания вырабатывает камера сгорания, в которой воспламеняется топливно-воздушная смесь. Она приводит в действие кривошипно-шатунный механизм, а через него – коленчатый вал. Рычагом является длина кривошипа, то есть, если длина будет больше, то и крутящий момент тоже увеличится.

Однако увеличивать кривошипный рычаг до бесконечности невозможно. Ведь тогда придётся увеличивать рабочий ход поршня, а вместе с ним и размеры двигателя. При этом уменьшатся и обороты двигателя. Двигатели с большим рычагом кривошипного механизма можно применить только лишь в крупномерных плавательных средствах. А в легковых автомашинах с небольшими размерами коленчатого вала не поэкспериментируешь.

Что такое мощность двигателя

Под мощностью следует понимать физическую величину, которая показывает совершаемую двигателем работу за единицу времени. При вращательном движении мощность определяется как произведение крутящего момента на угловую скорость вращения коленчатого вала. Обычно она указывается в лошадиных силах (л.с.), но встречается измерение и в кВт.

Существует несколько единиц измерения под названием «лошадиная сила», но, как правило, имеется в виду так называемая «метрическая лошадиная сила», которая равная ≈ 0,7354 кВт. А вот в США и Великобритании лошадиные силы, касающиеся автомобилей, приравнивают к 0,7456 кВт, то есть как 75 кгс*м/с, что приблизительно равно 1,0138 метрической.

• 1 кВт = 1,3596 л.с. (для метрического исчисления);
• 1 кВт = 1,3783 hp (английский стандарт);
• 1 кВт = 1,34048 л.с. (электрическая «лошадка»).

Если же конвертировать мощность 1 лошадиной силы в киловатты (в промышленности или энергетике), то она будет примерно равна 0,746 кВт. Понятие лошадиная сила не входит в международную систему измерений (СИ), поэтому измерение мощности в кВт будет более правильным.

Виды мощности

Для определения характеристик двигателя применяют такие понятия мощности как:

• индикаторная;
• эффективная;
• литровая.

Индикаторной называют мощность, с которой газы давят на поршень. То есть, не учитываются никакие другие факторы, а только давление газов в момент их сгорания. Эффективная мощность, эта та сила, которая передается коленчатому валу и трансмиссии. Индикаторная будет пропорциональной и среднему давлению газов на поршень.

Также есть параметр, называемый литровой мощность двигателя. Это соотношение объема двигателя к его максимальной мощности. Для бензиновых моторов литровая мощность составляет в среднем 30-45 кВт/л, а у дизельных – 10-15 кВт/л.

Как узнать мощность двигателя автомобиля

Конечно, значение можно посмотреть в документах на машину, но иногда требуется узнать мощность автомобиля, который подвергался тюнингу или давно находится в эксплуатации. В таких случаях не обойтись без динамометрического стенда. Его можно найти в специализированных организациях и на станциях техобслуживания. Колеса автомобиля помещаются между барабанами, создающими сопротивление вращению. Далее имитируется движение с разной нагрузкой. Компьютер сам определит мощность двигателя. Для более точного результата может понадобиться несколько попыток.

Таблица крутящего момента и мощности

	Марка автомобиля	мощность, л.с.	при об/мин	крутящий момент, Нм	приведенный момент, Нм
1	Alfa Romeo 8C Competizione	450	7000	470	470
2	Aston Martin DB9	477	6000	600	514
3	Audi A3 Sedan 2.0 TDI	150	4000	320	183
4	Audi A6 3.0 TDI	204	4500	400	257
5	Audi RS5 Coupe	450	8250	430	507
6	Audi S3	300	6200	380	337
7	Audi S4	333	7000	441	441
8	Audi S8	520	6000	652	559
9	Audi Q7 4.2 TDI	327	3750	760	407
10	Audi R8 4.2	420	7800	430	479
11	Bentley Mulsanne	512	4200	1020	612
12	BMW 330d F30	258	4000	560	320
13	BMW M135i F21	320	5800	450	373
14	BMW M5 F10	560	7000	680	680
15	BMW M550d xDrive F10	381	4400	740	465
16	BMW 750i F01	450	5500	650	511
17	BMW M3 E92	420	8300	400	474
18	BMW X5 M50d E70	381	4400	740	465
19	Bugatti Veyron 16.4	1001	6000	1250	1071
20	Cadillac Escalade	403	5700	565	460
21	Chevrolet Camaro ZL1	580	6000	754	646
22	Chevrolet Corvette Z06	507	6300	637	573
23	Citroën C5 V6 HDi 240	240	3800	450	244
24	Citroën DS5 eHDi 160	160	3750	340	182
25	Dodge Challenger SRT8 392	470	6000	637	546
26	Dodge SRT Viper	650	6150	814	715
27	Ferrari 458 Italia	570	9000	540	694
28	Ferrari 550 Maranello	480	7000	569	569
29	Ferrari F12 Berlinetta	740	8700	690	858
30	Ferrari FF	660	8000	683	781
31	Ford Explorer 2.0L EcoBoost	243	5500	366	288
32	Ford Fiesta ST	182	5700	240	195
33	Ford Focus ST	250	6000	340	291
34	Ford Kuga 1.6 EcoBoost	182	5700	240	195
35	Ford Mondeo 2.2 TDCi	200	3500	420	210
36	Honda Civic Type-R mk8	201	7800	193	215
37	Honda CR-V	190	7000	222	222
38	Honda S2000	240	7800	220	245
39	Hyundai Santa Fe 2.2 CRDi	197	3800	421	229
40	Infiniti G37 Sport	333	7000	365	365
41	Infiniti FX30d	238	3750	550	295
42	Jaguar XF 3.0 V6 D S	275	4000	600	343
43	Jaguar XJ 5.0 SC Supersport	510	6500	625	580
44	Jaguar XKR-S Coupe	550	6500	680	631
45	Jeep Grand Cherokee 3.0 CRD	250	4000	570	326
46	Jeep Grand Cherokee SRT8	465	6000	624	535
47	Kia Optima 2.4	180	6000	231	198
48	Kia Sorento 2.2 CRDi	197	3800	421	229
49	Koenigsegg Agera	940	6900	1100	1084
50	Lamborghini Aventador LP700-4	700	8250	690	813
51	Land Rover Discovery 4 5.0 V8	375	6500	510	474
52	Land Rover Discovery 4 SDV6	245	4000	600	343
53	Lexus LF-A	560	8700	480	597
54	Lexus IS-F	423	6600	505	476
55	Maserati 3200GT	370	6250	491	438
56	Maserati Granturismo S	440	7000	490	490
57	Maybach 57	550	5250	900	675
58	Mazda 6 2.2 SkyActiv-D	175	4500	420	270
59	Mazda CX-9 Touring AWD	277	6250	366	327
60	Mclaren F1	627	7500	651	698
61	Mclaren MP4-12C	600	7000	600	600
62	Mercedes-Benz A 45 AMG	360	6000	450	386
63	Mercedes-Benz C 250 CDI W204	201	4200	500	300
64	Mercedes-Benz CLA 250	211	5500	350	275
65	Mercedes-Benz GL63 AMG	558	5250	759	569
66	Mercedes-Benz S 600 W221	517	5000	830	593
67	Mercedes-Benz S 63 AMG W222	585	5500	900	707
68	Mercedes-Benz SL 65 AMG R231	630	5000	1000	714
69	MINI Cooper SD Countryman	143	4000	305	174
70	MINI JCW	211	6000	280	240
71	Mitsubishi Lancer Evolution X	295	6500	422	392
72	Mitsubishi Outlander 3.0	230	6250	291	260
73	Mitsubishi Pajero 3.2 DI-D	200	3800	441	239
74	Nissan GT-R R35	550	6400	632	578
75	Nissan Patrol	405	5800	560	464
76	Opel Astra OPC	280	5500	400	314
77	Opel Insignia 2.0 CDTI	195	4000	400	229
78	Opel Insignia OPC	325	5250	435	326
79	Peugeot 308 2.0 HDI	140	4000	340	194
80	Peugeot RCZ 200 THP	200	5800	275	228
81	Porsche 911 Carrera S 991	400	7400	440	465
82	Porsche 911 Turbo S 991	560	6750	750	723
83	Porsche Carrera GT	612	8000	590	674
84	Porsche Cayenne S Diesel	382	3750	850	455
85	Porsche Panamera Diesel	300	4000	650	371
86	Range Rover 5.0 Supercharged	510	6500	625	580
87	Range Rover Sport 4.4 TDV8	339	3500	700	350
88	Renault Clio RS	200	7100	215	218
89	Renault Megane dCi 160	160	3750	380	204
90	Rolls-Royce Ghost	570	5250	780	585
91	Rolls-Royce Wraith	635	5600	800	640
92	Skoda Fabia RS	180	6200	250	221
93	Skoda Octavia 2.0 TDI	143	4000	320	183
94	Subaru Impreza WRX STI	300	6200	350	310
95	Subaru Legacy Outback 3.6	250	6000	335	287
96	Toyota GT86	200	7000	205	205
97	Toyota RAV4	180	6000	233	200
98	Volkswagen Golf GTI	230	6200	350	310
99	Volkswagen Touareg 3.0 TDI	204	4750	450	305
100	Volvo S60 T6	304	5600	440	352
101	Volvo XC60 D5	215	4000	420	240

← Круиз-контроль
Ксенон →

• 1
• 8523

Определение, общие сведения

В физике момент силы играет роль вращающего воздействия на тело.

Видеоурок: вращающий момент

В простейшем случае, если сила F→{\displaystyle {\vec {F}}} приложена к рычагу перпендикулярно ему и оси вращения, то момент силы определяется как произведение величины F{\displaystyle F} на расстояние x{\displaystyle x} от места приложения силы до оси вращения рычага, называемое «плечом силы»:

M=force⋅forcearm=Fx{\displaystyle M=\cdot =Fx}.

Например, сила в 3 ньютона, приложенная на расстоянии 2 м от оси, создаёт такой же момент, что и сила в 1 ньютон с плечом 6 м.

Если действуют две силы, говорят о моменте пары сил (такая формулировка восходит к трудам Архимеда). При этом равновесие достигается в ситуации F1x1=F2x2{\displaystyle F_{1}x_{1}=F_{2}x_{2}}.

Для случаев более сложных движений и более сложных объектов, определение момента как произведения Fx{\displaystyle Fx} требует универсализации.

Момент силы иногда называют вращающим или крутящим моментом. «Вращающий» момент понимается в технике как внешнее усилие, прикладываемое к объекту, а «крутящий» — как внутреннее, возникающее в самом объекте под действием приложенных нагрузок (этим понятием оперируют в сопромате).

Момент силы относительно точки

Момент силы, приложенный к гаечному ключу. Направлен от зрителя

В общем случае, момент силы F→{\displaystyle {\vec {F}}}, приложенной к телу, определяется как векторное произведение

M→=r→×F→{\displaystyle {\vec {M}}=\left},

где r→{\displaystyle {\vec {r}}} — радиус-вектор точки приложения силы. Вектор M→{\displaystyle {\vec {M}}} перпендикулярен векторам r→{\displaystyle {\vec {r}}} и F→{\displaystyle {\vec {F}}}.

Начало отсчета радиус-векторов O может быть любым. Обычно O выбирают в чем-либо выделенной точке: в месте закрепления подвеса, в центре масс, на оси вращения и т.д.. Если одновременно анализируется момент импульса тела L→{\displaystyle {\vec {L}}}, то начало O всегда выбирается одинаковым для L→{\displaystyle {\vec {L}}} и M→{\displaystyle {\vec {M}}}.

Если не оговорено иное, то «момент силы» — это момент силы относительно точки (O), а не некоей оси.

В случае нескольких приложенных сосредоточенных сил их моменты векторно суммируются:

M→=∑ir→i×F→i{\displaystyle {\vec {M}}=\sum _{i}\left},

где r→i{\displaystyle {\vec {r}}_{i}} — радиус-вектор точки приложения i{\displaystyle i}-й силы F→i{\displaystyle {\vec {F}}_{i}}. В случае силы, распределённой с плотностью dF→dV{\displaystyle d{\vec {F}}/dV},

M→=∫Vr→×dF→dVdV{\displaystyle {\vec {M}}=\int \limits _{V}\leftdV}.

Если dF→dV{\displaystyle d{\vec {F}}/dV} (Н/м3) — обобщённая функция, которая может содержать и дельтаобразные члены, то последней формулой охватываются и две предыдущие.

Момент силы относительно оси

Моментом силы относительно оси называется алгебраическое значение проекции момента M→{\displaystyle {\vec {M}}} на ось, то есть

M∥=M→⋅e→o{\displaystyle M_{\parallel }={\vec {M}}\cdot {\vec {e}}_{o}},

где e→o{\displaystyle {\vec {e}}_{o}} — единичный вектор вдоль оси, а начало отсчёта O выбрано на оси. Момент силы относительно оси может быть рассчитан как

M∥=±|r→⊥×F→⊥|{\displaystyle M_{\parallel }=\pm \left|{\vec {r}}_{\perp }\times {\vec {F}}_{\perp }\right|},

где через r→⊥{\displaystyle {\vec {r}}_{\perp }} и F→⊥{\displaystyle {\vec {F}}_{\perp }} обозначены составляющие радиус-вектора и силы в плоскости, перпендикулярной оси.

В отличие от момента силы M→{\displaystyle {\vec {M}}}, величина момента силы относительно оси M∥{\displaystyle M_{\parallel }} не претерпевает изменения при сдвиге точки O вдоль оси.

Для краткости, символ параллельности и знак могут опускаться, а M∥{\displaystyle M_{\parallel }} (как и M→{\displaystyle {\vec {M}}}) именоваться «моментом силы».

Единицы измерения

Момент силы имеет размерность «сила, умноженная на расстояние» и единицу измерения ньютон-метр (джоуль) в системе СИ. 1 Н·м — это момент, который производит сила 1 Н на рычаг длиной 1 м, приложенная к концу рычага и направленная перпендикулярно ему.

Размерность M→{\displaystyle {\vec {M}}} совпадает с размерностями энергии и механической работы.

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)

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.

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.

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.

Единицы измерения момента силы

Несколько слов также следует сказать о том, в каких единицах в СИ измеряется вращающий момент. Согласно записанной для него формуле, он измеряется в ньютонах на метр (Н*м). Однако в этих единицах также измеряется работа и энергия в физике (1 Н*м = 1 джоуль). Джоуль для момента M¯ не применяется, поскольку работа является скалярной величиной, M¯ же — это вектор.

Тем не менее совпадение единиц момента силы с единицами энергии не является случайным. Работа по вращению системы, совершенная моментом M, рассчитывается по формуле:

Откуда получаем, что M также может быть выражен в джоулях на радиан (Дж/рад).

Принцип действия

По закону Архимеда ток в проводнике создает магнитное поле, в котором действует сила F1. Если из этого проводника изготовить металлическую рамку и поместить ее в поле под углом 90°, то края будут испытывать силы, направленные в противоположную сторону относительно друг друга. Они создают крутящий момент относительно оси, который начинает ее вращать. Витки якоря обеспечивают постоянное кручение. Поле создается электрическими или постоянными магнитами. Первый вариант выполнен в виде обмотки катушки на стальном сердечнике. Таким образом, ток рамки генерирует индукционное поле в обмотке электромагнита, которое порождает электродвижущую силу.

Рассмотрим более подробно работу асинхронных двигателей на примере установок с фазным ротором. Такие машины работают от переменного тока с частотой вращения якоря, не равной пульсации магнитного поля. Поэтому их еще называют индукционными. Ротор приводится в движение за счет взаимодействия электрического тока в катушках с магнитным полем.

Когда во вспомогательной обмотке отсутствует напряжение, устройство находится в состоянии покоя. Как только на контактах статора появляется электрический ток, образуется постоянное в пространстве магнитное поле с пульсацией +Ф и -Ф. Его можно представить в виде следующей формулы:

n_пр = n_обр = f₁ × 60 ÷ p = n₁

где:

n_пр — количество оборотов, которое совершает магнитное поле в прямом направлении, об/мин;

n_обр — число оборотов поля в обратном направлении, об/мин;

f₁ — частота пульсации электрического тока, Гц;

p — количество полюсов;

n₁ — общее число оборотов в минуту.

Испытывая пульсации магнитного поля, ротор получает начальное движение. По причине неоднородности воздействия потока, он будет развиваться крутящий момент. По закону индукции, в короткозамкнутой обмотке образуется электродвижущая сила, которая генерирует ток. Его частота пропорциональна скольжению ротора. Благодаря взаимодействию электрического тока с магнитным полем создается крутящий момент вала.

Для расчетов производительности существуют три формулы мощности асинхронного электродвигателя. По сдвигу фаз используют

S = P ÷ cos (alpha), где:

S — полная мощность, измеряемая в Вольт-Амперах.

P — активная мощность, указываемая в Ваттах.

alpha — сдвиг фаз.

Под полной мощностью понимаются реальный показатель, а под активной — расчетный.

Вплоскости xoz действуют силы:

плоскости
YOZ :

Направление
равнодействующих силF_Х1,
F_Y1
и сил F_Х2
, F_Y2
должно учитываться на расчетных схемах
(рис. 1,а
 и 1,б).

4.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕАКЦИЙ ОПОР В ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ

И ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТЯХ

Определение
реакций опор производится по формулам
теоретической механики с использованием
уравнений равновесия статики.

В
горизонтальной плоскости
XOZ:М_АХ = 0;

М_BХ= 0;

Производится
проверка правильности определения
реакции:

Аналогично
определяются реакции опор в вертикальной
плоскости:

5.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗГИБАЮЩИХ МОМЕНТОВ  М_Х
В ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ И  М_Y
В ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТЯХ, СУММАРНОГО,
КРУТЯЩЕГО И ЭКВИВАЛЕНТНОГО МОМЕНТОВ

Определение
величин
М_Х
и
М_Yв
различных сечениях по длине вала
производится по формулам сопротивления
материалов. Необходимо вычислить
величины изгибающих моментов в сечениях
вала, проходящих через середины колес
и опор (рис. 1)

Суммарный
изгибающий момент вi–м
сеченииМ_i,
Нм:

Эквивалентный
моментМ_экв,
Нм
4:

где
Т –вращающий момент, см. формулу (1), Нм;

К
– коэффициент, учитывающий разницу в
характере нагружения вала моментами М
и Т; для реверсивных передач К = 1,
нереверсивных – К = 0,6 1
.

Рис.
1. Составление расчётных схем

6.
ВЫБОР МАТЕРИАЛА ВАЛА, НАЗНАЧЕНИЕ
ТЕРМООБРАБОТКИ,
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ДОПУСКАЕМЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ИЗГИБА

Основными
материалами для валов служат углеродистые
и легированные стали (табл. 1). Для
большинства валов применяют термически
обрабатываемые среднеуглеродистые и
легированные стали 20,30,45, 40Х подвергая
их нормализации или улучшению.
Тяжелонагруженные валы машин изготавливают
из легированных сталей 40Х, 40ХН, 20Х,12ХНЗА
и др., подвергнутых улучшению или закалке
ТВЧ.

При
предварительном определении размеров
вала величина допускаемых напряжений
изгиба _и,
МПа, может быть приближенно рассчитана
по формуле:

где
_-1
– предел выносливости при симметричном
цикле, МПа (табл.1);

S_R = 1,6…2
– запас прочности по усталостному
разрушению;

К_D = 2,8…3,5
– коэффициент, учитывающий конфигурацию,
размеры и шероховатость поверхности
вала.

Таблица
1

Механические
характеристики сталей, МПа 3

Марка стали	Диаметр заготовки, мм	Твердость НВ (не менее)	Механические характеристики, МПа	Коэффи­циент
Ст5	Любой	190	520	280	150	220	130	0,06
45	<120	240	780	540	290	360	200	0,1	0,09
	<80	270	900	650	390	410	230	0,1	0,10
40Х	<200	240	790	640	380	370	210	0,1	0,09
	<120	270	900	750	450	410	240	0,1	0,10
40ХН	<200	270	920	750	450	420	230	0,1	0,10
20Х	<120	197	650	400	240	310	170	0,05	0,07
12ХНЗА	<120	260	950	700	490	430	240	0,1	0,10
18ХГТ	<60	330	1150	950	660	500	280	0,15	0,12