Максимальный крутящий момент что это: крутящий момент или мощность двигателя? Автомобильный портал 5 Колесо

Разные силы. Что такое «полка» крутящего момента? | Обслуживание | Авто

23.11.2021 17:28

Владимир Гаврилов

Примерное время чтения: 4 минуты

1202

Shutterstock.com

Атмосферный и турбированный двигатели при равной мощности отличаются друг от друга по характеристикам. При их сравнении заметна очевидная разница в так называемой планке крутящего момента. Посмотреть на нее можно на графиках распределения тяги в зависимости от оборотов коленвала. Что означают эти показатели и какое практическое значение они имеют для автомобилистов?

Две характеристики

Есть две характеристики, определяющие возможности мотора. Это мощность, выражающаяся в лошадиных силах, и крутящий момент, измеряемый в ньютон-метрах. Вообще, «лошадиные силы» в современных условиях — неинформативная характеристика, зависящая от множества факторов. К примеру, одну и ту же мощность двигатель может выдавать на стенде как при 1500 об./мин. (дизельный агрегат), так и на 20 000 об./мин. (гоночный мотоциклетный оппозитник).

Кроме того, эта единица измерения давно устарела. С помощью хитрых программ управления двигателем количество «лошадиных сил» можно прибавить или уменьшить, чем и пользуются многие производители. Сейчас небольшие 2,0-литровые рядные турбированные моторы BMW или Volvo могут иметь мощность свыше 350 л. с., как 8-цилиндровые атмосферники 20-летней давности, так как оснащены они, помимо ступенчатого наддува, еще и сложной системой впрыска. А вот по тяге и по долговечности они, естественно, проигрывают.

В общем, требуется иная характеристика, которая бы могла адекватно описывать возможности современного мотора. И автопроизводители видят ее в крутящем моменте.

Если силу давления поршней умножить на длину рычага кривошипа, то получится крутящий момент, от которого зависит тяга мотора. Она выражается в ньютон-метрах (1 Нм равен силе в 1 ньютон, умноженной на рычаг в 1 метр). Чем длиннее рычаги, тем больше тяги выдает мотор.

Где начинается и заканчивается «полка» момента?

Если посмотреть на графики, то можно заметить, что у современных впрысковых турбированных моторов кривая момента резко подскакивает вверх и достигает максимума уже при 2000 об./мин. Затем она стабилизируется и с небольшими колебаниями тянется до 4500-5000 об./мин., а потом плавно клонится вниз к «красной зоне». Аналогичный график можно увидеть и для дизельных моторов, за исключением того, что «полка» момента у них заканчивается примерно на 4000 об./мин.

У атмосферных V-образных агрегатов кривая момента, наоборот, взбирается к максимуму по пологой траектории, достигает «полки» на 3500 об./мин. и клонится вниз после 5000 об./мин. Таким образом, продолжительность «полки» момента почти в два раза меньше. Что же это значит?

Длинная «полка» у турбированных впрысковых моторов означает, что на низких оборотах они ездят зажигательнее и динамичнее, чем атмосферники аналогичной мощности. Пик момента достигается, как только водитель коснется педали акселератора, благодаря чему автомобиль стартует эмоциональнее и живее. Водителю не требуется жать на педаль и тратить лишнее топливо для раскрутки мотора.

К примеру, дизельные агрегаты, у которых максимальный момент доступен уже на 1500 об./мин., на городских скоростях опережают бензиновые по тяге, а значит, они дарят лучшую динамику, оставаясь при этом экономичнее.

С помощью крутящего момента определяется также эластичность мотора, то есть его способность обеспечивать одинаковую тягу в большом диапазоне оборотов.

Зона эффективности

Если посмотреть на графики характеристик мотора, то, помимо кривой крутящего момента, можно увидеть другой «горб». Он показывает нарастание мощности, которое у всех бензиновых моторов достигает максимума примерно к 5000 об./мин.

Мощность двигателя выражает его способность сопротивляться ветровым и прочим нагрузкам для достижения высокой максимальной скорости.

Наибольшая эффективность и отдача мотора достигается между двумя этими показателями, а именно между максимумом крутящего момента и максимумом мощности.

Таким образом, атмосферные моторы хорошо тянут в пределах 3500-6000 об./мин. Поэтому для ускорения во время обгонов их необходимо раскручивать и лучше подбирать передачи, чтобы держать мотор в тонусе.

Турбированные двигатели с непосредственным впрыском, а также дизельные агрегаты будут хорошо ехать от 1500 до 4000 об./мин. Они обладают хорошей эластичностью и всегда имеют запас тяги для рывка. В этом их главное преимущество. Этот же диапазон позволяет экономить топливо.

двигательполезно знать

Следующий материал

Новости СМИ2

Чем отличается мощность от крутящего момента?

Знаю, что многих мучает этот вопрос, многие даже не понимают, чем отличается мощность от крутящего момента. А ведь реально — что из них важнее?

Мы привыкли выбирать машину по лошадиным силам, а вот крутящий момент как то не заслуженно опускается! Лично сам разговаривал со своими друзьями, многие даже не знают какой он на их автомобиле и при каких оборотах он максимальный!

Правильно ли это? Конечно же нет, нужно точно знать и понимать все технические характеристики своего авто, особенно такие важные. Вот поэтому решил написать эту статью и разъяснить все простыми словами, как обычно будет видео версия в конце …

Что же постараюсь рассказать простыми словами, как я умею, но тема не такая простая, как кажется на первый взгляд, в интернете есть описания, но они крайне запутаны. Я же в этой статье буду оперировать такими понятиями как мощность двигателя и крутящий момент. По сути эта два обозначения идут «бок о бок» и одна характеристика напрямую зависит от другой.

Мощность двигателя

Измеряется в «Лошадиных Силах (л.с.)» или Киловаттах (Ваттах, «Вт»), как становится понятно — ей занимался Джеймс Ватт. Да, именно в Ваттах мы измеряем мощность лампочки накаливания у нас в «люстрах» и светильниках, но оказывается и мощность двигателя тоже. Я не буду вдаваться в подробности, как и что он открыл, просто характеристика идет именно от его фамилии.

НО как же лошадиные силы? А все просто, Ватт «тренировался» на лошадях, а именно на переносимых грузах, одной лошадью в единицу времени и на определенное расстояние, так вот после определенных «терзаний» выяснилось — что одна лошадь (если ее заставить генерировать электрический ток, от динамомашины) способна выдавать 736 Ватт в секунду времени, либо 75 кгс м/с, что можно расшифровать так — 75 килограмм, на 1 метр высоты, за 1 секунду времени.

Чтобы перевести «ватты» в «лошадиные силы», существует достаточно большой расчет, но если утрировать, то получается 1кВт=1000Вт=1,36л.с.

Не все производители указывают мощность двигателя в «л.с.», например некоторые немецкие производители указывают именно в Ваттах.

Для того чтобы перевести «Л. С». в «Ватты», нужно их разделить на 1,36. Если нужно наоборот тогда мощность в «Вт» умножаем на 1,36, получаем «лошадиные силы».

Думаю это понятно, больше к этому возвращаться не будем.

Мощность двигателя внутреннего сгорания (будь то это бензин или дизель), величина не постоянная! ЭТО НУЖНО ПОНИМАТЬ! Меня просто умиляет то, как многие реагируют на эту величину: — у меня 150 л.с., я тебя сделаю как «два пальца», а у оппонента 145 л.с. и по теории он должен проиграть, но не учитывается крутящий момент и расстояние, на котором будут соревноваться автомобили.

Мощность изменяется от оборотов двигателя! Ваша номинальная величина, будет указана при определенных МАКСИМАЛЬНЫХ оборотах, у современных авто, обычно от 5000 до 6500 оборотов. ТО есть простыми словами, 150л.с. – выдаются при 6000 оборотов (для примера). Соответственно при 3000 или при 1500 оборотов, мощность будет уменьшаться в разы.

Мощность двигателя внутреннего сгорания, которая указана у вас в технических характеристиках, обычно выдается при максимальных оборотах двигателя. При 1500 – 2000 оборотах, она будет в 4 – 5 раз меньше (справедливо для бензиновых агрегатов).

ТО есть, для того чтобы получить весь «табун» силового агрегата, вам нужно активно «педалировать». Например — при обгонах или резких маневрах, вы должны держать почти вашу «полку» в 5000 – 6500 оборотов именно эти обороты вам помогут резко ускориться. Вот почему зачастую приходится понижать передачу, для того чтобы получить максимум мощности.

НО силовой агрегат не может мгновенно раскрутиться, ему на это нужно время, здесь то и приходит такое понятие как крутящий момент.

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.

ТО есть если утрировать – крутящий момент, это реально то, что толкает машину механически, а мощность – это то, что производит этот момент.

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.

Обороты двигателя

Также важный показатель, для различных типов двигателя. Ведь максимальный крутящий момент может образовываться при различных оборотах силового агрегата. Как я писал выше, на бензине это может быть и 5000 и 6000! Поэтому чтобы выйти на такой показатель мотору нужно затратить определенное время.

Конечно же лучше, когда мотор развивает максимальный момент, скажем на 1500 – 2000 оборотов, тогда время на раскрутку силового агрегата в разы меньше, машины быстрее набирает скорость.

Тогда получается что главное, не только в величине момента, но и в оборотах при которых он достигается. Чем они меньше, тем лучше.

И вот тут возникает дилемма – а какие двигатели реально обладают большим запасом момента?

Различные типы двигателей

Как мы с вами уяснили, чем на меньших оборотах наступает максимальный крутящий момент — тем лучше, но какие моторы могут под это подходить? И вообще у каких «большой запас» этого момента? Ведь обычный бензиновый четырехцилиндровый атмосферник, выходит на свой номинал примерно в 5000 – 6000 оборотов.

НО есть моторы, которые выдают достаточно большие моменты, причем наступают они при достаточно низких оборотах. Это многоцилиндровые моторы, а также  «V» – образные типы, начиная с V6 – V8. Турбированные агрегаты, имеют большой запас момента, даже при относительно малых объемах.

Однако абсолютным рекордсменом являются дизельные варианты, особенно те которые устанавливались на трактора, ведь здесь важна тяга именно на низах (скорость на трассах абсолютно не нужна). Такие варианты выходят на номинал, уже при 1500 оборотов, просто представьте! Такие агрегаты называют «тяговитыми» из-за быстрого набора крутящего момента.

Условно моторы можно разделить на четыре лагеря:

• Это обычные атмосферники, 4 цилиндра.
• Многоцилиндровые агрегаты, от 6 до 12 «горшков», сюда же можно записать и V – образные.
• Это турбированные моторы
• Дизельные агрегаты

Про «многоцилиндровые» (второй тип) сейчас особо заострять не буду, здесь понятно, что чем больше цилиндров – тем больше мощность и соответственно крутящий момент. Минус только в том что эти агрегаты тяжелые, прожорливые, и очень большие по размерам.

А вот остальные три типа стоит сравнить для полного понимания, возьмем три мотора от нового KIA SPORTAGE, смотрим таблицу.

Бензиновая атмосферная «четверка», развивает максимальную мощность только при 6200 оборотах в минуту, зато максимальный крутящий момент наступает уже при 4000 оборотов. Турбо вариант, 177 л.с при 5500 оборотов, но момент здесь намного выше 265 в диапазоне от 2000 до 4500 об. Но рекордсменом по л.с. и крутящему моменту идет дизель, 185 л.с. при 4000 об/мин, и крутящий момент 400! (просто вдумайтесь) в интервале 1750 – 2750 об/мин.

Как видите бензиновые агрегаты проигрывают дизелю в моменте (обычный атмосферник примерно в 2 с небольшим раза). Причем максимальной отдачи можно достичь только при 4000 об/мин. Зато бензиновый мотор легко крутится до 6200, а то и больше 7000 – 8500 об/мин, что позволит развить ему большую мощность. Дизель же не может похвастаться высокими оборотами, максимальная полка зачастую всего 4000 — 5000 об/мин, поэтому они могут проигрывать в максимальной мощности своим бензиновым собратьям.

Если сказать проще, то можно констатировать – мощность определяет максимальную скорость авто, а вот крутящий момент – как быстро агрегат достигнет этой мощности. Собственно все просто. НО если вспомнить законы механики, то здесь стоит помнить – выигрывая в крутящем моменте, проигрываем в частоте вращения.

НА старте бензиновый мотор выиграет у дизельного агрегата! Почему? ДА все просто, бензиновый агрегат можно крутить до 6500, а в редких случаях до 8000 об/мин, не переключая передачи. А вот дизель достигнет пик своего момента максимально быстро (уже при 1750 об/мин) и вам нужно будет тратить время на переключение, далее еще одна передача и т.д.

Конечно эта ситуация справедлива для механики, на многих современных автоматах переключения происходят максимально быстро. ДА и для того чтобы тягаться с дизелем бензину, всегда нужно будет держать повышенные обороты, чтобы сравняться в мощности. Например, при 90 км/ч на трассе, чтобы ускориться на бензиновом агрегате, нужно скинуть передачу пониже (увеличивая обороты — увеличиваем мощность), а вот дизелю делать этого не нужно!

Так что же важнее и лучше?

Здесь сложно сказать одно выходит из другого. С одной стороны момент, позволит развивать вам быстро максимальную мощность, в примере с дизелем, но он не сможет крутиться до таких оборотов как бензин, а значит его максимальная мощность в пике будет ниже.

Тут знаете, кому что нужно, может быть вы водитель коммерческого транспорта, и вам не нужна максимальная скорость но важна тяга «с низов». Или наоборот, вы любите турбо моторы, которые крутятся до 8000 – 9000 оборотов и выстреливают с места.

Лично мне нравятся новые бензиновые агрегаты, такие как скажем у МАЗДЫ, мотор Skyactiv  которые сейчас устанавливаются на многие модели. Здесь увеличили степень сжатия, немного приблизили мотор к дизелю, но он остался бензиновым с высокими оборотами. Здесь есть и мощность и крутящий момент, золотая середина! Думаю за такими моторами будущее (если не брать гибриды и электромобили).

И запомните: — крутящий момент толкает машину вперед, а вот мощность это то, что этот момент производит. Так что покупаем лошадиные силы, а ездим на моменте!

Максимально допустимый крутящий момент | Журнал Gear Solutions Ваш ресурс для индустрии передач

Участвуя в спортивных соревнованиях, вы испытываете сильное желание максимизировать физическую отдачу своего тела. Независимо от того, бежит ли он быстрее или прыгает выше, мы все стремимся раздвинуть границы того, как мы были созданы. Иногда эти действия приводят к эффектным изображениям, например, когда мы прыгаем высоко в воздух и ловим футбольный мяч в конечной зоне, засчитывая победный тачдаун. В других случаях они приводят к впечатляющим неудачам, например, когда мы приземляемся после этого удивительного улова, и наше бедро трескается под давлением. Инженеры обычно раздвигают физические пределы экипировки подобно тому, как это делают спортсмены со своим телом.

Чтобы правильно подобрать размер шестерни для конкретного применения, расчетный срок службы имеет решающее значение. Если шестерня должна работать в течение короткого цикла, например, один час, то приложенный крутящий момент может быть значительно выше, чем если бы та же самая шестерня должна работать в течение шести месяцев или более. Общий стандарт проектирования зубчатых передач составляет 2600 часов. Этот контрольный показатель представляет собой механизм, который используется в течение восьми часов в день, пять дней в неделю, в течение одного полного года с коэффициентом безопасности 1,25. Установив этот временной интервал, можно запланировать ежегодное профилактическое обслуживание механизма для проверки износа и других проблем.

Поскольку допустимый крутящий момент обратно пропорционален рабочей скорости зубчатой ​​передачи, максимально допустимый крутящий момент зависит от скорости ведомой шестерни. Когда шестерня не вращается, максимально допустимый крутящий момент равен статическому крутящему моменту. Когда шестерня начинает вращаться, допустимый динамический крутящий момент уменьшается, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1: Когда шестерня начинает вращаться, допустимый динамический крутящий момент уменьшается.

Как скорость важна для значения максимально допустимого крутящего момента, так и само определение максимально допустимого крутящего момента. Большинство инженеров рассматривают максимально допустимый крутящий момент только из-за прочности на изгиб. Это максимальный приложенный крутящий момент, который вызовет мгновенный выход из строя шестерни. Еще один крутящий момент, который следует учитывать, — это максимально допустимый крутящий момент из-за разрушения поверхности. Вид отказа, также известный как отказ подшипника, определяется как допустимый приложенный крутящий момент, который сводит к минимуму поверхностный износ, что позволяет зубчатому колесу работать в соответствии с расчетом в течение желаемого срока службы. Эти два значения крутящего момента независимы и могут значительно различаться.

Рассмотрим следующую ситуацию:

Если мы выберем модуль 2, 20 зубьев, прямозубая шестерня из углеродистой стали, с шириной передней поверхности 20 мм, работающая при 100 об/мин, симметрично поддерживаемая подшипниками, должным образом смазанная, приводимая в движение равномерной нагрузкой и желаемый срок службы 107 циклов, то максимально допустимый крутящий момент за счет прочности на изгиб составляет 46 Нм. Однако максимально допустимый крутящий момент из-за разрушения поверхности составляет всего 2,83 Нм. С этой передачей крутящий момент на поверхности составляет всего 6 процентов от крутящего момента прочности на изгиб.

Если мы выберем модуль 2, 40 зубьев, прямозубую шестерню из углеродистой стали, с шириной передней поверхности 20 мм, работающую при 100 об/мин, симметрично поддерживаемую подшипниками, надлежащим образом смазанную, приводимую в движение равномерной нагрузкой и желаемым сроком службы 107 циклов, то максимально допустимый крутящий момент из-за прочности на изгиб составляет 118 Нм. Однако максимально допустимый крутящий момент из-за разрушения поверхности составляет всего 12,5 Нм. С этой передачей крутящий момент на поверхности немного лучше и составляет 10,5% от крутящего момента прочности на изгиб.

Для повышения долговечности поверхности поверхности зуба обычно подвергают термообработке. В зависимости от основного материала, метод термической обработки может быть лазерной закалкой, науглероживанием или индукционной закалкой. Каждый из этих процессов увеличивает прочность поверхности боковой поверхности зуба, но также снижает прочность на изгиб.

Используя те же самые зубчатые колеса, описанные выше, и индукционную закалку областей зубьев, мы можем значительно улучшить максимально допустимый крутящий момент из-за разрушения поверхности. Для примера с 20 зубьями, хотя допустимый крутящий момент прочности на изгиб снижается с 46 Нм до 38,3 Нм, максимально допустимый крутящий момент из-за прочности поверхности увеличивается с 2,83 Нм до 16,6 Нм. Для этой шестерни снижение прочности на изгиб на 17 процентов приводит к шестикратному увеличению прочности поверхности. Для примера с 40 зубьями предел прочности при изгибе падает со 118 Нм до 9 Н·м.8,3 Нм, а максимально допустимый крутящий момент за счет прочности поверхности увеличивается с 12,5 Нм до 72,1 Нм.

Как отмечалось ранее в этой статье, если желаемый срок службы короче, то максимально допустимые значения крутящего момента будут выше, а если увеличены рабочие скорости, то эти значения будут ниже. Максимально допустимый крутящий момент никогда не бывает одним статическим значением. Разработчик всегда должен учитывать все рабочие условия, чтобы правильно рассчитать максимальные значения крутящего момента. Спортсмены, как и шестерни, могут страдать от потери силы на изгиб, что приводит к переломам костей, и они могут страдать от повреждений поверхности, что приводит к замене тазобедренного и коленного суставов. При правильной эксплуатации срок службы как спортсменов, так и шестерен может превышать их расчетный срок.

OpenStax College Physics Solution, глава 22, задача 42 (задачи и упражнения)

Chapter 22 question:

1PE2PE3PE4PE5PE6PE7PE8PE9PE10PE11PE12PE13PE14PE15PE16PE17PE18PE19PE20PE21PE22PE23PE24PE25PE26PE27PE28PE29PE30PE31PE32PE33PE34PE35PE36PE37PE38PE39PE40PE41PE42PE43PE44PE45PE46PE47PE48PE49PE50PE51PE52PE53PE54PE55PE56PE57PE58PE59PE60PE61PE62PE63PE64PE65PE66PE67PE68PE69PE70PE71PE72PE73PE74PE75PE76PE77PE78PE79\circ$?

Вопрос от OpenStax находится под лицензией
СС BY 4.0.

Окончательный ответ

1. 389 \textrm{N}\cdot\textrm{m}
2. $73,5 \textrm{N}\cdot\textrm{m}$

Видеорешение

Зарегистрируйтесь для просмотра этого видеорешения!

Начать бесплатную неделю

Trustpilot

Рейтинг

ПлохоНе так уж плохоСреднеХорошоОчень хорошо

4 голоса со средней оценкой 3,3.

Скриншоты калькулятора

Стенограмма видео

Это ответы по физике в колледже с Шоном Дычко. Квадратная петля, имеющая 150 витков, имеет сторону 18,0 см, что составляет 18,0 умножить на 10 с минус 2 метра, и она проводит 50,0 ампер в магнитном поле 1,60 тесла, и петля ориентирована так, что крутящий момент находится на максимальном правом сейчас. Итак, на этой картинке силовые линии могут быть такими, скажем, и ток может быть, знаете ли, вниз вот так, вверх вот так. И чтобы рассчитать этот максимальный крутящий момент, мы берем количество витков, умножаем его на ток, умножаем на площадь петли, умножаем на напряженность магнитного поля. Таким образом, площадь будет равна стороне, умноженной на другую сторону, и они будут одинаковыми, поэтому будет 9.0065 l в квадрате — длина одной стороны в квадрате, потому что это квадрат. Таким образом, мы заменяем это на на , и мы делаем это здесь, и поэтому максимальный крутящий момент тогда составляет 150 витков, умноженных на 50,0 ампер, умноженных на 18,0, умноженных на 10 до минус 2 метра в квадрате, умноженных на 1,60 тесла, что составляет 389 ньютон-метров.