Різниця між крутним моментом і потужністю ...

Різниця між крутним моментом і потужністю - питання, яке задають багато цікавих. І це зрозуміло, оскільки ці дві дані є одними із найбільш вивчених у технічних паспортах наших автомобілів. Тому було б цікаво зупинитися на цьому, навіть якщо це не обов'язково буде найочевиднішим.

Перш за все, уточнимо, що пара виражає себе в Ньютон. метр і сила в Кінські сили (Коли ми говоримо про машину, тому що наука і математика використовують Ватт)

Невже різниця?

Насправді, розділити ці дві змінні буде непросто, оскільки вони пов'язані один з одним. Це все одно, що питати, у чому різниця між хлібом та борошном. У цьому немає особливого сенсу, бо борошно – це частина хліба. Краще було б порівнювати інгредієнти один з одним (наприклад, воду проти борошна в крайньому випадку), ніж порівнювати інгредієнт з готовим продуктом.

Спробуємо пояснити все це, але при цьому дати зрозуміти, що будь-яка допомога з вашого боку (через коментарі внизу сторінки) буде вітатися. Чим більше буде різних способів його пояснення, тим більше інтернет-користувачів буде приходити до розуміння зв'язку між цими двома концепціями.

Потужність – це результат поєднання пари (трохи важке формулювання, я добре знаю…) швидкості обертання.

Математично це дає наступне:

( π X Крутний момент в Нм X Режим) / 1000/30 = Потужність в кВт (що перекладається в кінські сили, якщо ми пізніше захочемо мати «більш автомобільну концепцію»).

Тут ми починаємо розуміти, що порівнювати їх майже нонсенс.

Вивчення кривої крутного моменту / потужності

Немає нічого кращого, ніж електродвигун, щоб повністю зрозуміти зв'язок між крутним моментом і потужністю, або, скоріше, як існує взаємозв'язок між крутним моментом і швидкістю обертання.

Подивіться, наскільки логічною є крива крутного моменту електродвигуна, яку набагато легше зрозуміти, ніж криву теплового двигуна. Тут ми бачимо, що ми забезпечуємо постійний і максимальний момент, що крутить, на початку обертів, що збільшує криву потужності. За логікою речей, чим більше я прикладаю сили до осі, що обертається, тим швидше вона буде обертатися (і, отже, збільшити потужність). З іншого боку, коли крутний момент зменшується (коли я все менше і менше натискаю на вісь, що обертається, продовжуючи натискати в будь-якому випадку), крива потужності починає зменшуватися (хоча швидкість обертання продовжує зменшуватися). Збільшуватись). По суті, крутний момент - це "сила прискорення", а потужність - сума, яка об'єднує цю силу і швидкість обертання частини, що рухається (кутову швидкість).

У пари все це виходить?

Деякі люди порівнюють двигуни тільки з їх крутним моментом або майже. Насправді це помилка ...

Наприклад, якщо я порівнюю бензиновий двигун, що розвиває 350 Нм при 6000 об/хв, з дизелем, який розвиває 400 Нм при 3000 об/хв, ми можемо подумати, що саме дизель матиме більшу силу прискорення. Ну ні, а ми повернемося до старту, головне потужність! Для порівняння двигунів слід використовувати лише потужність (в ідеалі з кривими… Тому що висока пікова потужність – це ще не все!).

Справді, в той час як крутний момент вказує тільки на максимальний крутний момент, потужність включає в себе крутний момент і частоту обертання двигуна, тому у нас є вся інформація (тільки крутний момент є лише частковим показником).

Якщо повернутися до свого Наприклад, то можна сказати, що дизель може пишатися, видавши 400 Нм при 3000 об / хв. Але не слід забувати, що при 6000 оборотах на хвилину він безумовно не зможе видати понад 100 Нм (давайте опустимо той факт, що масло не може досягати 6000 т), тоді як бензин все ще може видавати 350 Нм на цій швидкості. У цьому прикладі ми порівнюємо дизельний двигун потужністю 200 к.с. з бензиновим двигуном 400 к.с. (Цифри, отримані на основі зазначених моментів, що крутять), від одинарного до подвійного.

Ми завжди пам'ятаємо, що чим швидше об'єкт повертається (або рухається вперед), тим важче змусити його навіть набрати швидкість. Таким чином, двигун, що розвиває значний крутний момент на високих оборотах, показує, що у нього є ще більше потужності і ресурсів!

Пояснення на прикладі

У мене була невелика ідея спробувати у всьому цьому розібратися, сподіваючись, що це не так вже й погано. Ви коли-небудь намагалися зупинити малопотужний електродвигун пальцями (маленький вентилятор, електродвигун в комплекті Mecano, коли ви були маленьким, і т. Д).

Він може обертатися швидко (скажімо, 240 об / хв або 4 обороту в секунду), ми можемо легко його зупинити, не сильно пошкодивши (він трохи шмагати, якщо є лопаті пропелера). Це пов'язано з тим, що його крутний момент не дуже важливий, а, отже, і його потужність в ватах (це відноситься до невеликих електродвигунів для іграшок та інших невеликих аксесуарів).

З іншого боку, якщо на тій же швидкості (240 об / хв) я не можу його зупинити, це означає, що його крутний момент буде більше, що також призведе до більшої кінцевої потужності (обидва математично пов'язані, це схоже на сполучені посудини). Але швидкість залишилася колишньою. Отже, збільшуючи крутний момент двигуна, я збільшую його потужність, оскільки приблизно

Пара

X

Швидкість обертання

= могутність. (Довільно спрощена формула, щоб допомогти зрозуміти: Пі і деякі змінні, видимі у верхній формулою, видалені)

Таким чином, для тієї ж заданої потужності (скажімо, 5 Вт, але кого це хвилює) я можу отримати або:

• Двигун, який обертається повільно (наприклад, 1 оборот в секунду) з високим крутним моментом, який буде трохи складніше зупинити пальцями (він не працює швидко, але його високий крутний момент дає йому значну силу)
• Або двигун, що працює зі швидкістю 4 об / хв, але з меншим крутним моментом. Тут низький крутний момент компенсується більш високою швидкістю, що надає йому велику інерцію. Але зупинятися пальцями буде легше, незважаючи на більш високу швидкість.

Зрештою, два двигуна мають однакову потужність, але не працюють однаково (потужність надходить по-різному, але приклад не дуже показовий для цього, оскільки він обмежений заданою швидкістю. В автомобілі швидкість змінюється весь час, що дає початок знаменитим кривим потужності і крутного моменту). Один повертається повільно, а інший швидко ... Це невелика різниця між дизелем і бензином.

І саме тому вантажівки працюють на дизельному паливі, тому що крутний момент у дизеля високий, на шкоду його швидкості обертання (максимальна швидкість двигуна набагато нижче). Дійсно, необхідно мати можливість рухатися вперед, незважаючи на дуже важкий причіп, без необхідності лаяти двигун, як у випадку з бензином (потрібно було б підніматися по вишок і грати зі зчепленням як божевільні). Дизель передає максимальний крутний момент на низьких оборотах, що спрощує буксирування і дозволяє злітати з нерухомого автомобіля.

Взаємозв'язок між потужністю, крутним моментом і частотою обертання двигуна

Ось технічний внесок, яким поділився користувач в розділі коментарів. Мені здається розумним вставити його прямо до статті.

Щоб не ускладнювати завдання з фізичними величинами:

Потужність - це твір крутного моменту на колінчастому валу на частоту обертання колінчастого валу в радіанах/сек.

(Пам'ятаєте, що на 2 оборот колінчастого вала на 6.28 ° припадає 1 * пи радіана = 360 радіана.

Отже, P = M * W

P -> потужність в [Вт]

M -> крутний момент в [Нм] (Ньютон-метр)

W (омега) – кутова швидкість у радіанах / сек W = 2 * Pi * F

При Pi = 3.14159 і F = частота обертання колінчастого вала в т / с.

практичний приклад

Крутний момент двигуна M: 210 Нм

Швидкість двигуна: 3000 об / хв -> частота = 3000/60 = 50 об / хв

W = 2 * pi * F = 2 * 3.14159 * 50 т / сек = 314 радіан / сек

Кінцеве Au: P = M * W = 210 Нм * 314 рад / с = 65940 Вт = 65,94 кВт

Перетворення в CV (кінські сили) 1 к.с. = 736 Вт

У CV ми отримуємо 65940 Вт / 736 Вт = 89.6 CV.

(Нагадуємо, що 1 кінська сила – це середня потужність коня, яка працює безперервно без зупинки (у механіці це називається номінальною потужністю).

Таким чином, коли ми говоримо про автомобілі з потужністю 150 к.с., необхідно збільшити частоту обертання двигуна до 6000 об / хв з обертовим моментом, який залишається обмеженим або навіть трохи зниженим до 175 Нм.

Завдяки коробці передач, яка представляє собою перетворювач крутного моменту, і диференціалу ми маємо збільшення крутного моменту приблизно в 5 разів.

Наприклад, на 1-й передачі крутний момент двигуна на колінчастому валу 210 Нм дасть 210 Нм * 5 = 1050 Нм на ободі спицевого колеса 30 см, це дасть тягове зусилля 1050 Нм / 0.3 м = 3500 Нм.

У фізиці F = m * a = 1 кг * 9.81 м / с2 = 9.81 Н (a = прискорення Землі 9.81 м / с2 1G)

Таким чином, 1 Н відповідає 1 кг / 9.81 м / с2 = 0.102 кг сили.

3500 Н * 0.102 = сила 357 кг, яка штовхає автомобіль на крутий схил.

Я сподіваюся, що ці кілька пояснень зміцнять ваші знання про концепції потужності і механічного крутного моменту.