Въртящ момент X мощност: разликите в ефективността

Въртящ момент X мощност: разликите в ефективността
Въртящ момент X мощност: разликите в ефективността
Anonim

Когато сравняваме еволюцията на двигателите през годините, забелязваме, че стойностите на мощността са се увеличили до нива, които никога не сте си представяли, като пример 1,0-литровия Fiat (вижте статията в секцията Очаквайте скоро, във вашия сервиз, от априлския брой тази година, за еволюцията на двигателя Uno Mille).

Нека разберем защо е лесно да се извличат коне, за разлика от въртящия момент, който е пряко свързан с физическите проблеми на изместването, дължината на мотовилката, хода на коляновия вал, наред с други променливи.

Като източник на изследване използвахме концепциите, представени от международната институция How Stuff Works.

Какво е въртящ момент?

Въртящият момент е сила, която има тенденция да върти или обръща обекти. Например: Въртящ момент се генерира всеки път, когато се приложи сила с помощта на гаечен ключ. Затягането на гайките на колелата на автомобила е добър пример. Когато се използва гаечен ключ, той в крайна сметка прилага определена сила, за да го завърти. Тази сила създава въртящ момент върху гайката, която има тенденция да се върти около вала (на шпилката).

Английските единици за измерване на въртящия момент са инч-паунд или фут-паунд, а единицата на Международната система от единици (SI) е нютон-метър.

Единиците за въртящ момент трябва да имат два свързани компонента: сила и разстояние. За да се изчисли въртящият момент, е необходимо само да се умножи приложената сила по разстоянието, измерено между точката на прилагане и центъра на оста на въртене. В случай на гайки, ако гаечният ключ е дълъг 1 фут и приложената сила е 200 паунда, тогава вие генерирате въртящ момент от 200 фута паунда.Ако използвате 2 футов гаечен ключ, ще трябва да приложите сила от 100 паунда, за да генерирате същия въртящ момент и т.н. Ето защо сервизите за ремонт на гуми използват прекалено големи гаечни ключове, за да разхлабят стегнатите гайки на камиони.

Двигател с вътрешно горене създава въртящ момент и го използва за завъртане на коляновия вал. Този въртящ момент се създава по абсолютно същия начин: прилага се сила на определено разстояние.

Вижте сега някои подробности за формирането на въртящ момент, където “X” е хоризонталното работно разстояние или генерирането на въртящ момент:

1во Начало на времето за горене: Буталото се спуска и въртящият момент се увеличава

Образ

2º Време на половин горене: Буталото продължава да се спуска и въртящият момент се появява напълно (X=максималното работно разстояние между цапфата и шийката)

Образ

3º Край на времето за горене: Буталото прекратява спускането и въртящият момент постепенно намалява

Образ

Геренето, генерирано в цилиндъра, създава натиск върху главата на буталото, така че същото налягане създава сила, която го тласка надолу. Мощността се предава от буталото към мотовилката и от нея към коляновия вал. На Фигура nº 2 имайте предвид, че точката, в която свързващият прът се свързва с коляновия вал, е на най-голямото разстояние от центъра на неговата ос. Хоризонталното разстояние се променя по време на въртенето на коляновия вал и по този начин въртящият момент също се променя, тъй като въртящият момент е равен на силата, умножена по разстоянието.

Може би се питате защо само хоризонталното разстояние е важно при определяне на въртящия момент на двигателя. Когато буталото е в най-високата точка на своя цикъл, мотовилката е разположена право надолу, в една линия с центъра на коляновия вал.В това положение не се генерира въртящ момент, тъй като само силата, действаща върху лост, перпендикулярен на оста, може да генерира въртящ момент (би било същото като да поставите гаечен ключ вертикално и да се катерите по него, т.е. дори ако е възможно да балансирате върху горната част на ключа, гайката няма да се разхлаби).

В тази ситуация няма начин двигателят да генерира въртящ момент.

Образ

Разлики между мерните единици за въртящ момент

Най-използваните мерни единици в бразилските работилници са kgfm (килограм-сила метър) и Nm (нютон-метър). Единицата, официално приета от SI (Международна система от единици), е нютон-метър, съответстващ на въртящия момент, причинен от сила от 1 нютон, упражнена на разстояние 1 метър от точката на въртене.

Килограм-сила е единица, дефинирана като силата, упражнявана от маса от 1 килограм, подложена на земната гравитация.Нарича се съкратено като kgf, понякога само kg. Въпреки че силата на гравитацията варира от точка до точка на земното кълбо, се взема предвид стойността по подразбиране от 9,80665 m/s².

Така че 1 килограм-сила метър (kgfm)=9,80665 Nm

Тоест 1 Nm струва почти 10 пъти повече от мерната единица kgfm.

Пример: Ако автомобилен двигател доставя 10 kgfm въртящ момент при 5000 об/мин, тогава той ще достави 98 066 Nm въртящ момент или просто 98 Nm, тъй като местата след десетичната запетая са незначителни, когато се използва тази мерна единица.

Любопитно

Въпреки че нютон-метърът е размерно еквивалентен на джаул (единица от Международната система за енергия и работа), това е скаларно количество, докато моментът на силата се определя като кръстосано произведение, като по този начин е векторно количество.

Килограмът сила никога не е бил част от единиците на Международната система, въведена през 1960 г. и която има нютон като единица за сила.Някога обаче това беше широко използвана мерна единица, а именно в аеронавигационната индустрия (където показваше тягата на ракетите) и в автомобилната индустрия. Днес все още понякога се използва от Европейската космическа агенция.

Какво е мощност?

Мощността е мярка за това колко бързо се изпълнява дадена работа.

Пример: С помощта на лост можете да генерирате въртящ момент от 200 паунд-фута, но можете ли да го завъртите 3000 пъти в минута?

Така че мярката за мощност се използва като референция (и атрибут за продажби) в автомобилната вселена за леки и средно големи автомобили, които имат най-високото предложение за скорост. На тежката линия (камиони и автобуси) въртящият момент е задължителен.

Можем да направим следната аналогия: представете си 20-етажна сграда с два резервоара за вода от по 15 000 литра всеки. След това водната помпа трябва да напълни резервоарите за вода с известна скорост. Мощността може да се сравни със скоростта, с която водата ще достигне до кутиите (времето, необходимо за изкачване).Въртящият момент може да се сравни със силата или обема на водата, която помпата може да избута към кутиите.

Както в горния пример, двигателят трябва да има перфектно съвпадение между въртящия момент и мощността.

Двигателите с висок въртящ момент не могат да бъдат прекомерно форсирани при въртене (RPM) поради физически ограничения като: дължина на свързващите пръти, дълъг ход на коляновия вал, наред с други променливи, които могат да причинят счупване. От друга страна, високоскоростните двигатели осигуряват висока мощност с умерен въртящ момент (който ще бъде пропорционален на работния обем), освен в случай на двигатели с компресор.

Пример: 12-литров дизелов двигател Caterpillar, използван в камиона C-12 с мощност 430 к.с., осигурява повече от 228 Nm въртящ момент при само 1200 об./мин, докато подобен 437-литров двигател Ford Mustang осигурява „само“48,9 kgfm въртящ момент при 5600 об/мин. Това е така, защото максималното разстояние „X“между дръжката и цапфата на Ford Mustang е много по-късо в сравнение с двигателя на Caterpillar.

В компенсация камионът ще има ограничена крайна скорост, за разлика от превозното средство, което ще достигне високи оценки.

В Европа производителите на автомобили използват kW (киловат) като мощностна единица. За да стигнете до стойностите в киловат, просто умножете декларираните конски сили (cv) по 0,7354988.

Пример: превозно средство със 100 к.с. ще има 73,549875 kW или просто 73,5 kW.

Образ

Пример за камион, оборудван с двигател Caterpillar C-12, който осигурява висок въртящ момент при ниски обороти

Образ

Подготвения Ford Mustang дава мощност, подобна на двигателя на Caterpillar, но с около 4 пъти повече обороти и 4 пъти по-малък въртящ момент

Популярна тема