|
Що е то въртящ момент?
|
|
| pikaso906 | Дата: Четвъртък, 01.03.2012, 17:22:14 | Message # 1 |
 Кудан (9)
Град/Държава: Sofia, Sofiya/Bulgaria
Група: Приятели
Съобщения: 1073
Статус: Офлайн
| Когато сравняваме двигатели говорим само за конски сили,като забравяме,че въртящия момент също е много важен.Намерих малко информация,защото и аз не знам какво точно е въртящ момент.
Момент на сила, наричан също въртящ момент или само момент, е физична величина, изразяваща въздействието на сила върху въртяща се система, разположена на разстояние от нейната ос на въртене. Той е равен на произведението на големината на силата по разстоянието от нейното направление до оста на въртене. Това разстояние се нарича рамо на момента. Тази зависимост може да се представи и като векторно произведение на силата, действаща в дадена точка, и радиус-вектора на точката.
Двигателя с вътрешно горене е сърцето на всеки един от нашите "любимци". Всички знаем, че той изгаря гориво за да ни предвижи от точка А до точка Б. Всички знаем че въртящ момент и мощност са някакви характеристики на двигателя. Въпреки това цари объркване около това какво точно представляват тези две понятия и каква е връзката между тях.
Нека започнем с основното. Движението е скорост Smile. Скороста ни показва колко далеч отива нещо за определено време. Тя е отношение на разстоянието към времето.
Ускорението е нещото, което кара скороста да се изменя и е отношение на скоростта към времето. Ускорението ни казва колко се изменя скоростта за определено време.
Всяко тяло има маса. За да се задвижи това тяло, трябва някак да го ускорим за да му дадем скорост. Например може да го бутаме. Ако имаме един Gold Wing и едно NSR, ще ни е много по-трудно да бутаме Wing-а. Можем да изразим това количестено чрез сила.
F=m.a
Където F- сила; m- маса; a- ускорение.
Нещо движещо се с посоянна скорост, няма ускорение и следователно не се нуждае от сила. Мерната единица за сила е Нютон(N=kg.m/s/s). Ако упражняваме сила за определено разстояние, сме извършили работа. Единицата за работа е Джаул. Можем да мислим за работата като за енергия. Мощноста показва колко бързо можем да извършим определена работа,
или колко бързо можем да произведем енергия. Мери се като работа или енергия към време. Единици за мощност са Ватове (W= 1J/sec) и конските сили (hp= 550 lb-ft/s).
Представете си асансьор, движещ се 10 етажа нагоре. За да се качи до 10 етаж за 1мин или 10мин ще отиде същата работа. Но понеже мощността е работа към време, за да се качи да горе за 1 мин ще има нужда от повече мощност.
В мотоциклетния свят много неща се движат в кръгове, вместо по прави линий. В този свят някои от гореизброените неща може да имат други имена, но връзките между тях остават непромемени. Вече не говорим за разстоянието в метри, а в обороти. Скороста е обороти за време. Масата вече е инерция. Все още се нуждаем от някакво "бутане" за да завъртим нещо. Вместо сила, имаме въртящ момент, който е "сила на усукване" така да кажем. Също като силата, за да накараме нещо да се върти по-бързо или по-бавно (промяна на скорост-ускорение), трябва да приложим въртящ момент. Въртящия момент се измерва, като количество тангенциално действаща сила на определено разстояние. Мерните единици за въртящ момент са сила.разстояние, такава единица са Нютонметрите (N.m).
Представете си гаечен ключ. Въртим дръжката за да отвием/завием болта. Колкото по-дълга е дръжката, толкова повече въртящ момент прилагаме на болта със същото количество сила, приложено от нас на дръжката.
т=r.F
Както написах по-горе, работата е сила.разстояние. Объркването около въртящия момент, понякога идва от мерните единици. Въртящия момент се мери в същите единици като работата, НО работата е енергия, въртящия момент е сила.
Работата във "въртящия се" свят на двигателите все още е сила.разстояние. Въртящия момент е силата, а разстоянието са оборотите, но предсавени в радиани.(1 оборот = 6,28 радиана). Използват се същите единици (Nm).
Причината да не се променят мерните единици е в това, че разстоянието (радианите) са безмерна величина. Тъй като работата има еднакви мерни единици и в двата "свята", то мощноста също запазва единиците си(W; к.с.)
За да задвижим МПС-тата си, използваме двигатели за да превърнем химичната енергия (гориво), в полезна работа. При бензиновия двигател с вътрешно горене, горивото се запалва в горивната камера от свещ и това създава газове под голямо налягане, които натискат буталата надолу. Чрез биелите, тази сила бута шийките на коляновия вал и го завърта (част от задачите на лагерите е да позваляват на коляновия вал само да се върти). Тъй като всяка шийка е отместена от центъра на коляновия вал(който е оста на въртене-също както болта по-горе),
получаваме въртящ момент. Да, но двигателя работи при много различни режими-различни обороти на кол. вал; различни количества газове, разширяващи се в цилиндрите (ролята на газта) и много други. Всичко това значи, че един двигател произвежда различни количества въртящ момент по време на работата си, които е трудно да се предвидят. Въпреки това, те могат лесно да се измерят. Предполага се че ни интересуват максимални стойности- това значи пълна газ. Това свежда нещата до колко въртящ момент, при какви обороти. След замерването всичко което получаваме е една крива.
Дизайна на двигателя, горивната система и много други неща влияят на формата на тази крива. Почти винаги въртящия момент се увеличава до някаква пикова стойност и след това спада.
Ами мощността? Чрез формулата...
P=T.w.(1/7124)
Където P е мощността в к.с.; T е въртящия момент в Nm; w са оборотите минута.
..можем да нанесем и мощността върху графиката.
Не трябва да се забравя, ча динографиките представят максималните възможни стойности. Според позицията на газта, двигателя може да направи по-малко Nm и к.с. от тези отбелязани на графиката. По рано казахме, че силата и въртящия момент пораждат ускорение. Ако се движим с постоянна скорост, как така ни трябат мощност и въртящ момент? Отговорът се крие в съпротивлението. Съпротивлението от гумите и въздушното съпротивление опитват да ни забавят, и за да запазим скороста си трябва двигателя да произвежда достатъчно въртящ момент, за да компенсира това съпротивление.
На празен ход, двигателя трябва да произвежда достатъчно за да компенсира само триенето на детайлите си. Това обяснява защо на място двигателя се форсира до 5000 оборота (примерно) с по-малко газ, отколкото ако се движим с 100км/ч.
При максимална скорост, цялата мощност отива за преодоляване на въздушното съпротивление.
Мощността и въртящия момент се много тясно свързани. Един високооборотен двигател няма нужда от много въртящ момент за да направи много коне. Аналогично мотор с много въртящ момент може да не произвежда много мощост.
Един двигател с повече к.с. ще има по-добро ускорение 0-100 км/ч, а двигател с по-висок въртящ момент ще направи по-добро време от 80-120 км/ч на една и съща предавка. При ускорение от 0-100 км/ч е нужно да се развият обороти, за да може двигателя да достигне поне до оборотите с най-високи коне. За тестът 80-120 км/ч при една и съща предавка не може да се прави избор на обороти. Това, от което зависи ускорението е въртящият момент.Следователно е възможно един двигател с равни или дори по-малко к.с. да ускори по-бързо ако и двата мотора са на една и съща предавка.
П.П.: Нека всеки допълни какво знае по темата.
|
| |
| |
| VIPER-CH | Дата: Сряда, 07.03.2012, 00:52:49 | Message # 2 |
 BIKER
Град/Държава: Sliven/Bulgaria
Група: Приятели
Съобщения: 4176
Статус: Офлайн
| Чета и виждам, че доста хора бъркат двете понятия (коне и въртящ момент), та ще направя опит да напиша това - онова... Като повечето автомобилни теми, тя по принцип е супер суха и с много физика и математика (които не ги обичам), та затова ще го пиша просто и със примери, барем е по-интересно... Не претендирам да е вярно - пиша неща които съм видял от личен опит и ги свързвам с теорията, където мисля, че звучи логично. Другото уклончиво ще го подминавам
Та така... Чакай да го напиша отначало, че да няма после неразбрали: няма коне. Има само въртящ момент и предавки. Те определят всичко. От тях зависи колко добре колата ускорява.
Добре де, а конете? Как така не важат?
Какво всъщност са конете? Конете са сметка. Конете се получават от въртящия момент и оборотите. Няма да пиша формули - нали без математика... Ама... Най-общо казано, конете са въртящ момент умножен по оборотите.
Какво значи всичко това? Ми много просто - въртящият момент определя колко добре колата се ускорява. А конете - колко дълго в оборотите може да се поддържа това ускорение (въртящ момент). Състезанието се печели не от този, които има само по-страшно ускорение, а от този които може по-дълго да се ускорява... С други думи - въртящият момент е мярка за това колко работа може да извърши двигателя, а конете - колко дълго (в оборотите) може да я върши тази работа... Ще обясня:
Ако мерите въртящия момент в паунд/фут (американската мярка), конете и въртящия момент винаги се пресичат на 5252 оборота. Една формула ще напиша, айде...
конете = (оборотите х въртящия момент) / 5252 (USA мерки)
Демек - всеки двигател (дето може да се завърти до 5252 оборота) прави едни коне и въртящ момент на 5252 - там кривите се пресичат - от там нагоре конете винаги са повече от въртящия момент.
Как влияе това на ускорението? Ами, казахме, че колкото повече въртящ момент на задните гуми - толкова по-добро ускорение. Да, ама типичният въртящ момент започва от примерно 2000 оборота, има пик на 4500 оборота и след това тръгва надолу... Значи, ускорението на всяка предавка ще има такава форма - на 4500 оборота ще е най-силно, а след това ще намалява. Значи колкото по-плоска е кривата на въртящия момент, толкова по-дълго може да се ускорява.
Да вземем два въображаеми двигателя (всъщност числата са взети от истински двигатели) - и двата имат примерно 200 паунда макс. въртящ момент, но единия прави 200 коня макс, а другия 240. Какво значи това? Това значи, че понеже конете са обороти х въртящ момент, втория двигател прави повече въртящ момент във високите. да, ама това не е видно от пиковата стойност на въртящия момент (двата са по 200). Нека да сравним въображаемите двигатели:
RPM Lb/Ft 1 HP 1 Lb/Ft 2 HP 2
2000 100 38 80 30
3000 150 85 120 68
4000 200 152 150 114
5000 185 176 200 190
6000 175 200 185 211
6500 155 191 175 222
7000 140 186 170 226
7500 ----- ----- 167 238
Знаем, че ускорението зависи от въртящия момент на гумите - този с по-високата стойност, които е в състояние да я задържи за по-дълго време - печели. От табличката по-горе се вижда, че ако всичко друго е еквивалентно (тегло, предавки и тн) кола #1 слага повече въртящ момент до 4000 оборота, а кола #2 - след това. Да, но ако само знаем, че и двата двигателя правят 200 паунда въртящ момент, нямаше да знаем, че двигател #2 е по-бърз. Затова като се характеризира един двигател се прилагат и конете - защото те дават по-добра представа за възможностите на една кола.
Какво е практическото приложение на числата във табличката? Първия двигател е на обикновена (неспортна) икономична кола. Той е направен да се кара из града, на ниски обороти и да предлага по-голямата си част от ускорението в средните. Втория двигател е всъщност първия, но след подобрения, направени така, че да диша по-свободно във високите и да се върти с 500 оборота повече. Цялата крива на ускорението е изместена към по-високите обороти. В ниските и средните той не дърпа така добре, както двигател #1, но пък във високите дава повече въртящ момент (и не му умира толкова скоро) и по формулата прави повече коне...
Значи - въртящият момент характеризира двигателя как тегли на ниски и средни, а конете - на високи.
От тази формула се обясняват и някои интересни факти: например камионите имат много въртящ момент и малко коне - типично е 1000 паунда и 300 коня примерно. Защо? Ами, защото двигателят е много голям и технически причини му пречат да бъде завъртян много бързо където би направил и много коне. Ако червената линия е 3500 оборота, колкото и въртящ момент да имаш, конете са малко (коне = въртящ момент х обороти). Обаче ако един такъв двигател може да се завърти до 7000 оборота и да си запази дори 500 паунда.. той би правил 666 коня... Но уви - не става. Или другата крайност- колите от F1 правят само 250 паунда въртящ момент, но поради изключителната си газова ефективност (volumetric efficiency), успяват да ги подържат до 18000 оборота - и правят 856 коня.
Tолкова за въртящия момент и конете. Сега малко за предавките. Те са третата част от формирането на ускорението.
По-горе писах, че този, който сложи повече въртящ момент на асфалта във всеки един момент и го задържи по-дълго - печели. Споменах също, че двигателите имат доста ограничен диапазон на въртящ момент (да кажем от 2000 до 6000 оборота).
Ще подходя опростено тук - има още много неща които влияят, но смисъла ще се загуби ако започна да ги пиша всичките. Затова - да вземем пак нашия двигател #1 (200 паунда/200 коня). Няма да задълбавам, но да отлепиш колата от място и да тръгне ти трябват около 200 паунда. Да, ама нашия двигател прави 200 едва на 4000 оборота... как тогава отлепва колата на 2000, откъдето се тръгва при нормално каране? Та там той прави доста по-малко - около 100. И все пак колата тръгва с 2000 от място. Как се получават? С "умножител на въртящия момент", или по-просто - предавки.
Общото предавателно съотношение (между двигателя и гумите) се определя като умножиш крайното съотношение на задния (или предния ако си с предно) диференциал (примерно 3.25:1) по съотношението на предавката на която си в момента (примерно 1.0 т.е. 1:1 ако си на 4та). Значи ако си на 4000 оборота (200 паунда макс) и си на 4та със заден диференцял 3.25 - правиш (3.25х200) 650 паунда въртящ момент. Защо този въртящ момент обаче не се показва на динамометъра? основната причина е във софтуера на диното - той компенсира замерването. Затова и тези 650 паунда на 4таа няма да се видят, но определено ще се усетят като ускорение на пътя (ако имаш сцепление). Разбира се може да се опиташ и да тръгнеш на 4та със 3.25 заден диференцял и 2000 оборота - ще имаш на разпложение цели 100 паунда въртящ момент - не е невъзможно, но ускорението ще е плачевно
Хайде да погледнем въртящия момент на различни предавки на нашия въображаем двигател #1, закачен за една обикновена 5-степенна трансмисия. За простота нека предположим че крайното предаване е 1:1 - такива няма, но... За демонстрация:
Предавка Max Lb/Ft при 4000 rpm
1ва - 2.9 580
2ра - 1.9 380
3ра - 1.3 260
4та - 1.0 200
5та - 0.85 170
Както виждате, като се катерите по предавките, въртящия момент става все по-малко и по-малко, което обяснява защо колкото по-висока е предавката толкова по-лошо е ускорението. Разбира се, предполагаме идеален вариант - няма въздушно съпротивление и тн.
Значи, решението е да се сложат максимално къси (с високо числено съотношение) предавки, с цел да се прави много въртящ момент и съответно страшно ускорение? Да, но не забравяй че оборотите не са безкрайни, а и едни къси предавки ще "свършат" много бързо и ще се озовеш на 5та където въртящия момент е непропорционално нисък във сравнение със другите предавки и там следва "заораване" и "падане по лице". Това е много типично за малки двигатели с малко въртящ момент, които са много пъргави на ниските предавки (защото са късички и умножават въртящия момент добре), но в момента, в които отиде на 4та и 5та, изведнаж "спира". Друго нещо, което трябва да се има напредвид е, че всяка смяна на предавка е загуба на време и ако сменяш много често - губиш много време. Затова и няма 7-8 скоростни ръчни предавки - едно, че са сложни за изпълнение, друго, че многото смени ще минимизират положителния ефект от по-късите предавки и ускорението ще страда. Затова и текущите 7-степенните кутии са SMG с мигновени и автоматизирани смени на предавките.
Добре де, ами ако се сложат къси 1-4 и после супер дълга 5 и/или 6та (overdrive е всяка по-малка от 1.0 предавка)? Тогава ускорението е добро във 1-4 и после във 5 и 6 стаа толкова стръмно и въртящия момент е толкова малко (примерна 6та е 0.5), че.. почти няма ускорение. Типичен пример са корветите и вайпърите където 6та е по-бавна от 5та като Vmax. Просто двигателя не може да направи необходимия въртящ момент, за да "избута" колата на скорост до червената линия. В това отношение E39 M5 е настолно четиво - там 5та е 1:1 и 6та е точно така сметната спрямо въртящия момент на двигателя, челното съпротивление и т.н., че Vmax се постига на червената на 6та (около 295км).
От разликата в конете и въртящия момент, идва и различното поведение на бензинови и дизелови автомобили... Дизела поради висока компресия и други параметри има много въртящ момент в ниските и средните, но не може да се върти много бързо, затова и няма коне. Просто на 5000 оборота като ти е червената е трудно да се правят коне (конете = обороти х въртящ момент). А бензиновия пък може да се върти по-бързо и дори да няма много въртящ момент, високите обороти му помагат да даде високи коне. От тук идва, че от място дизела е много силен - много въртящ момент, дълги предавки (за да компенсира за тесния диапазон от обороти), редки смени... Същите тия неща, обаче от 120 нагоре на доускорение му пречат. За да е в оборотите си (т.е. ниски), предавките трябва да са дълги, а щом 1-2 са дълги, 3, 4, 5 са още по-дълги и въртящия момент пада много, докато бензина има повече обороти на разположение, може да си позволи да има по-къси предавки и да сложи повече въртящ момент по тази причина на асфалта.
В един идеален свят колите щяха да отлепват на дизел до края на 1ва и после щяха да минават на бензин
Друга интересна съпоставка са реактивни турбини срещу двигатели с вътрешно горене. Основната разлика е, че двигателите имат много въртящ момент и малък диапазон обороти, а сравнено с турбините, които имат малко въртящ момент, но огромен диапазон обороти и съответно коне (тягата на турбините се мери по друг начин, но за идеята). Да вземем за пример един много мощен автомобил - 800 коня и 800 паунда въртящ момент и 6500 червена линия и един реактивен самолет. С помощта на предавки, на старта една такава кола има няколко хиляди паунда въртящ момент и съответно невероятен старт. Самолетът, да кажеме има 350 паунда въртящ момент, и понеже реактивния двигател си няма предавки - прави 350 паунда по всяко време. И нали ускорението зависи от въртящия момент, на старта колата издухва самолета. добре, ама с качването на скороста, като се катери по предавките, колата има все по-малко и по-малко въртящ момент и ускорява все по-бавно като при 300км примерно слага на 6та (0.5) и на гумите има 400 паунда въртящ момент. В това време турбината на самолета се развива и държи 350 паунда през цялото време - от там и ускорението не е толкова страшно, но е дълго. Самолетът се ускорява както от 100-200, така и между 300-400 и 500-600 (ако не излети и игнорираме челно съпротивление и тн). В един момент, дови и да прави по-малко въртящ момент, турбината настига колата. Това са конете. Прости сметки -турбината прави 75000 оборота х 350 паунда въртящ момент - 4998 коня. Същата работа като дизела и бензина - дизела има по-страшно ускорение, но свършва по-бързо, бензина се ускорява по-бавно, но по-дълго - дай им достатъчно време (растояние) и бензина винаги ще е победител ако всичко друго е равностойно.
Добре, хайде да ги събирам нещата че...
Въртящ момент характеризира ускорението (като моментно ускорение).
Конете характеризитат колко дълго може двигателят да прави въртящия момент в оборотите (което е другия параметър за добро ускорение).
Ако два двигателя имат еднакъв въртящ момент, но единия има по-висока червена линия, той най-вероятно ще има и повече коне.
Предавките се използват, за да може двигателят да сложи този въртящ момент на гумите при по-голям диапазон от скорости на колата, отколкото би му позволил тесния диапазон на оборотите.
Повечето обороти (харакетерни за коли с повече коне) дават възможност за по-къси предавки (по-голямо число - нали говорихме за умножители някакви), които пък дава повече въртящ момент в оборотите. От там и се приема, че повечето коне ускоряват по-бързо. Всъщност по-доброто ускорение е резултат от повече въртящ момент получен от по-къси предавки, които пък могат да се използват, защото има повече обороти.
една добра статия от нета 
"Човек преживява повече за 5 минути на мотор , отколкото някои за цял живот "-Бърт Мънро
|
| |
| |
| ManiaK | Дата: Сряда, 07.03.2012, 10:27:41 | Message # 3 |
 Templar
Град/Държава: Varna/Bulgaria
Група: Приятели
Съобщения: 365
Статус: Офлайн
| Quote (VIPER-CH) една добра статия от нета
не само в нета ами даже и в нашия форум я има 
Въртящ момент, предавки и конски сили
ManiaK's Lude
|
| |
| |
| pikaso906 | Дата: Сряда, 07.03.2012, 16:24:31 | Message # 4 |
|
Кудан (9)
Град/Държава: Sofia, Sofiya/Bulgaria
Група: Приятели
Съобщения: 1073
Статус: Офлайн
| Като сме тръгнали в тая посока да разкажа легендата за това как се е появило понятието конска сила,а не например волска,или еленска сила.Прочетох го в учебника по руски преди години.
Заможен фермер имал ранчо с коне.Един ден дошъл млад търговец,който се опитал да му продаде парен двигател.Фермерът казал:
-Ще направим състезание.Другата седмица ти ще дойдеш с парната си машина,а аз ще бъда с един от моите коне.Ще ги вържем към помпа и които извади повече вода ще е победител.Ако ти спечелиш ще купя машината на двойна цена,но ако аз спечеля ще я взема безплатно.
Търговецът,който бил беден човек и не можел да си позволи да подари машината си все пак се съгласил.Минала се седмица и те дошли на уреченото място.Но фермерът бил хитър и за да си осигури сигурна победа взел най-силния си кон и през тази седмица не го карал да работи,хранел го с най-добрия овес и най-чистата вода,за да заякне и да е в най-добрата си форма за състезанието.Започнали двамата и отначало изглеждало,че конят ще победи,но когато машината набрала скорост конят започнал да изостава.Състезанието било с продължителност 1 ден и накрая машината победила.От тогава единицата за мощност се нарича конска сила,всъщност обаче тази единица е малко повече от силата на един кон,защото конят от състезанието бил здрав,силен и специално подготвен,а и победен.
|
| |
| |
| ManiaK | Дата: Сряда, 07.03.2012, 17:45:00 | Message # 5 |
|
Templar
Град/Държава: Varna/Bulgaria
Група: Приятели
Съобщения: 365
Статус: Офлайн
| xa... в интерес на истината и аз бях чувал тази история за конската сила, но си мислех че е измислена а сега като я прочетох пак и като се разрових ето wikipedia какво казва по въпроса
"Конската сила за пръв път е била предложена през 18 век от Джеймс Уат (James Watt) (1736-1819), когато е оценявал мощността на своите парни двигатели. Сравнението е било при изпомпване на вода от рудници, пазарлъкът е бил, че неговият двигател ще изпомпи вода колкото един кон, въртящ помпата чрез обикаляне в кръг. Тогава се е смятало, че един кон има сила (мощност) да повдига 330 фунта (150 kg) със скорост 100 фута (30 m) за минута. По днешни мерки, това се равнява приблизително на 746 W.
Днес в англоговорещия свят най-често конската сила се определя като равна на 745,699 871 582 270 22 W. Обаче в почти цяла Европа конската сила се приема за равна на 735,498 75 W (т. нар. метрична конска сила)"
И така, за метричната конска сила важи:
1 к. с. = 0,735 498 75 kW
и обратно:
1 kW = 1,359 621 73 к. с.
ManiaK's Lude
|
| |
| |
| pikaso906 | Дата: Събота, 08.09.2012, 18:04:18 | Message # 6 |
|
Кудан (9)
Град/Държава: Sofia, Sofiya/Bulgaria
Група: Приятели
Съобщения: 1073
Статус: Офлайн
| Това е една статия написана от Пол Йоу, интерпретирана от мен с надеждата, че ще ви заинтригува.
Има едно известно твърдение идващо отвъд океана а именно: „ Мощността продава коли, но въртящия момент печели състезания!” Има хора, които смятат това за нелепост. Нека да видим защо.
Независимо дали ни харесва или не, всичко около нас се подчинява на основните физични закони. Добре е, че не е нужно да сме Айнщайновци за да прилагаме тези физични закони в състезанията и тунинга. В литературата, Въртящият Момент (ВМ) се описва като „въртелива или усукваща сила”. Забележете, че тази дефиниция не включва движение. Относно ДВГ, това е просто мярка за усукващата сила получена на коляновия вал. Въртящият момент (ВМ) в тази част на света се измерва в Нютон метри (Нм). Ако забелязвате тук има само две величини – сила (Нютони) и разстояние (метри). От първи поглед може би е странно да се опише „въртелива или усукваща сила” с помощта на разстояние, но един по-задълбочен поглед ще осветли пътя. Ако хванем един вал в едно менгеме и в края му поставим перпендикулярно един прът(рамо) с дължина 1метър и в края на това рамо закачим тежест от 1кг, то ние ще сме приложили 10Нм на този вал. (1кг =9.8 Нютона) Забележете, че валът не се върти въпреки че му е приложен ВМ. Ако пък после заменим еднометровото рамо с 10-метрово такова, то ние ще сме приложили вече 100Нм ВМ на вала но със същата тежест от 1 кг. Както се вижда, големината на усукващата сила варира в зависимост от дължината на рамото и точно това налага да се специфицира мярка за разстояние за точното определяне на силата получена в центъра на вала.
Нека да накараме някой приятел да вземе вала от менгемето и да го задържи в ръце. Ако отново използваме рамото от 1м и тежест от 1кг то той би могъл да задържи вала, но ако използваме 10-метровото такова, то задържането му би било доста по-трудно въпреки , че де факто съпротивата е спрямо същия 1 кг тежест. (Тук сме приели, че рамената са безтегловни). Същият ефект можем да постигнем ако вместо рамо с тежест, в края на вала ние застопорим един динамометричен ключ, настройваме го на 100Нм и приложим сила докато не се чуе „клик”. 100 Нм са си 100Нм, независимо дали са приложени с 100Н сила и 1м рамо или 1Н и 100м рамо. Просто ВМ= (тегло или сила) х (дължина на рамо).
Ако даден ДВГ има максимален ВМ от 100Нм, то тази сила е еквивалентна на окачването на тежест от 10кг(100Н) на рамо 1м, закрепено за края на к.вал или всяка друга комбинация от тежест и дължини на рамото, които умножени дават 100 Нм. Забележете, че само с промяната на дължината на рамото ние можем да поизпотим приятеля в стремежа му да задържи вала. Всеки би казал, че това е обикновен лост! Естествено! Важното е това да се запомни, защото именно лоста е този, който променя нещата (усукващата сила), а зъбната предавка е просто един хитър начин да се прилага лост между два или повече вала.
Да вземем един въображаем автомобил със ск. кутия, притежаваща следните предавателни числа:
1ва - 3.5; 2ра – 2; 3та – 1.5; 4та – 1; 5 та – 0.8; диф – 4.11. Приемаме, че вала от нашия пример е входящия(първичния) вал на скоростната кутия. Ако сме включили на 4-та предавка то един оборот на вх. вал отговаря точно на един оборот на изходящия или все едно имаме един цял вал през цялата кутия. Така, според примера по-горе ние сме окачили 1-метрово рамо с 10кг тежест в другия му край. ВМ на първичния вал съответно ще е 100Нм. Понеже пред. число между валовете е 1:1, то на края на вторичния вал ще имаме също 100Нм. Ако запазим ВМ на първичния вал същия но превключим на 3-та предавка, то на изходящия вал вече ще имаме 150Нм които се получават от произведението на ВМ на входа и предавателното число на тази предавка. На първа предавка на изх. вал съответно ще получим 350Нм. Както се вижда, скоростната кутия ни дава възможност да променяме ВМ чрез промяна на лоста, което е еквивалентно на промяна на дължината на рамото. Благодарение на предавките можем да постигнем какъвто си поискаме ВМ на изходящия вал. С подходящи предавки можем да накараме един стандартен ладов мотор да тегли по наклон композиция от няколко вагона, стига да не бързаме с доставката на превозваната стока.
Нека приемем, че са нужни 10 000 Нютона сила за да се тегли товар по даден баир. Това няма да е проблем и за една лада със 130Нм въртящ момент, даже и на 4-та предавка (1:1). Ако си направим диференциал с предавателно число 23:1, то на полуоските ще получим 130Нм х 1 х 23.1 = 3000Нм.
Една стандартна гума има диаметър около 600мм или 300мм (0.3метра) радиус на търкаляне. Знаейки, че ВМ е равен на произведението от сила и дължина на рамо то, за силата която гумата предава при контакта си с асфалта получаваме: 3000Нм / 0.3м = 10 000Нютона – точно колкото ни е нужно!
Със тези данни можем да изчислим и ускорението на автомобила. Нека първо обаче да разгледаме вторият закон на Нютон, според който ускорението на едно тяло е право пропорционално на силата и обратно пропорционално на масата. Може и F = m x a. (a = F / m). За да намерим големината на ускорението на даден автомобил, трябва да разделим силата в контакта на гумата с асфалта на масата на автомобила.
Нека да изчислим ускорението на ладата. Максималният ВМ на мотора приемам е 130 Нм. На 4-та предавка с отношение 1:1, следователно на кардана имаме отново 130 Нм (приемам без загубите). Диференциала е с пр.число 4.11 то, на полуоските ще получим 534.3 Нм. Диаметъра на колелото е около 602 мм. Радиуса на търкаляне ще е 301мм (.301м). Силата, която получаваме в контактната точка с асфалта ще бъде 534.3 Нм / .301м = 1805 Нютона. Масата на автомобила с водача да е около 1300 кг (1 кг-сила = 9.8 Н) или 12740 Н. Тогава ускорението в G(гравитационната сила) ще бъде силата 1805 Н разделена на 12740Н = 0.14G (повишаване на скоростта с 4.94 км/ч на всяка секунда).
Ако направим същите сметки но за 1-ва предавка (примерно 4:1) то ще видим, че вече в контактната точка с асфалта ще имаме 7100 Н, а за ускорението се получава 0.56G. Очевидно е, че използвахме предавките като лостове за да увеличим ускорението на първа предавка. Това разбира се ви беше известно вече, но сега вече знаете и защо е така.
Сега вече би трябвало да е ясно, че ускорението на автомобил, се определя от теглото му и от силата в контакта на гумите с асфалта, която пък е резултат от ВМ на двигателя и всичките предавки (лостове) между него и асфалта (земята).
Сигурно мислите, че току що сме определили ускорението на автомобила и даже сме го променили чрез предавките без да сме взели предвид мощността. Излиза, че момента наистина е определящия фактор, нали? Грешите! Не сме взели под внимание скоростта.
Ние можем да подобрим ускорението чрез смяна на предавките (към по-ниски), но не можем да се движим много бързо на първа предавка, така че какъв е смисъла? Ние наистина променихме големината на наличния ВМ, за да ускорим автомобила, но максималната ни скорост е около 30-40км/ч.
Объркани ли сте вече?
Прочетете по-надолу…..
Добре, вече надявам се сме запознати какво е въртящ момент. Сега, нека да разгледаме какво е мощност при двг. Понеже се намираме в Европа, тук най-широко е разпространен DIN (Deutsches Institut für Normung) стандарта за измерване и определяне на мощността. На немски език се обозначава с РS (Pferdestärke= конска сила) и е равна на 735.5 N•m/s=735.5 W = 0.7355 kW = 0.98632 hp (SAE)-( конска сила по американския стандарт).
За да го представим по-просто, конската сила е мярка за извършена работа за определено време или бързината с която е извършена работата. Работата можем да я определим като силата, която действа на даден обект докато той се премества на дадено разстояние. Ако силата и преместването са с паралелни посоки, то механичната работа извършена върху обекта е равна на произведението между силата и разстоянието.
Понеже силата и разстоянието не ни бяха достатъчни, сега вече имаме намесено и време а вала за който говорехме по-горе, трябва в същност да се върти. Защо? Е, ако просто седите и държите вала с окачената тежест в края на рамо, то вие не извършвате работа. Въпреки, че след определено време ще се поуморите и ще имате чувство, че работите, в същност не е така (както обикновено:-) ) Може би не ви се вярва? Хванете обратно вала с рамото и тежестта в менгемето и го оставете там колкото си искате. Няма да са необходими нито бензин, нито храна да го храните за да го снабдявате с енергия.
Въртящият момент сам по себе си не върши нищо полезно. Де факто, определението за ВМ даже не изисква вала да се върти. Аз съм сигурен, че всички искате вашите автомобили да вършат нещо полезно, като да ви закарат на работа или до финала на състезанието при това ПО-БЪРЗО от другия състезател. С други думи, искате автомобила ви да извърши някаква работа и определено това да стане възможно за най-кратко време.
Ако ви дам едно ремарке, пълно с циментови блокчета и ви помоля да го издърпате 1 км нагоре по хълм, вие ще се съгласите, че ви карам да извършите работа. Ако ви помоля заедно с ваш приятел с друго, еднакво с вашето ремарке да ги дърпате нагоре по хълма то, вие определено ще извършите едно и също количество работа. Но ако на вас ви отнеме 1 час, а на приятеля ви 30 минути, значи имаме напълно различна ситуация. И двамата сте извършили една и съща работа, но приятелчето с неговите 30 минути е доказал, че може да развие двойно по-голяма мощност от вас! И двамата сте изминали едно и също разстояние и ст вложили една и съща сила, но третата съставна - времето от определението за мощността е различно.
За тези от вас, които обичат да вникват в детайлите, силата необходима за теглена на ремарке по наклон, с постоянна скорост е равна на произведението от теглото на ремаркето и синуса от ъгъла на наклона. Ако теглото е примерно 100кг(1000Нютона), а ъгъла е 45 градуса, то за силата ще получим 707,1 Нютона.
Ако сме заинтересувани да преместваме ремаркето чрез задвижване на колелата вместо с дърпане, ние можем да превърнем силата във въртящ момент като я умножим по радиуса на задвижваните колела. Нека приемем, че колелата са с 40см диаметър. Това ще даде дължина на рамото (разстоянието от центъра на оста на колелото до земята) равно на 20см или 0.2 метра. Необходимият ВМ тогава ще бъде 707.1 Н х 0.2м = 141.4 Нм .
Джеймс Уот (James Watt) прекарал голямата част от живота си в разработката на парния двигател, създал термина "конска сила". Той търсел начин да измери бързината с която се върши работа от кон и така да направи валидно сравнение между конете, основна "движеща" сила през онези дни и неговите парни двигатели, които той се надявал да заместят животните в бъдеще.
Уот открил, че средно статистически, кон може да издигне 330 паунда (150кг) въглища на 10 фута (30.5метра) за 1 минута. Така той определил, че мощността получена от един кон е равна на 330 х 100 = 33 000 паунд фута / минута. Ако това го разделим на 60 за да го превърнем за секунди то получаваме 550 паунд фута за секунда (550 ft•lbf/s = 1Hp според Уот) . Знаейки, че 1 ft = 0.3048 м; 1 lb= 0.45359237 kg; g= 9.80665 m/s2 и 1 W= 1 J/s = 1 N•m/s = 1 (kg•m/s2)•(m/s), в крайна сметка получаваме
1Hp = 745.7W или 735.5 W (DIN). 1Ps(DIN) = 0.986 Hp(SAE). За да не се отегчаваме с повече сметки, смятам да прескоча момента как се стига до формулата за мощност според Европейски приетия стандарт и да напиша направо, че Р (kW) = N(Nm) x rpm (обороти за мин) / 9549.
Ако знаете две от съставните в тази формула, вие можете да изчислите третата. Също така може да забележите,че мощността и ВМ са равни при 9549 оборота (стига двигателя да стига до там).
Да се върнем обаче към нашите си проблеми. Сигурен съм, че коня от мината или ремаркето с бордюрчетата не изглеждат много във връзка с вашата "бегачка". Да погледнем тогава нещата от друг ъгъл. Определението за мощност включва три величини, сила разстояние и време, където ВМ е просто сила приложена на определено разстояние/рамо. При експеримента на Уот, силата бе приложена от теглото на въглищата, които са изваждани от мината. При колите, ние се интересуваме от ускорение а не от възможността да издигаме товари. В нашият случай, силата се прилага от инерцията на колата, която се съпротивлява на ускорението. Според популярно определение, инерцията е свойство на материята, което й позволява да се съпротивлява на промяна в скоростта. С други думи, колата ви по-скоро няма да се ускори от 50 до 90 км/ч и повече, без наличието на външна сила, която да направи това възможно. Тази сила идва от вашия двигател.
За да определим прецизно възможностите за ускоряване на вашия автомобил, трябва да вземем предвид времето. Ако работим само със сила и разстояние ние не бихме казали много относно възможностите на автомобила. Ако ви кажа, че моят автомобил може да изтегли 1.5 тона, 100 метра по наклонен път ще ви учудя ли? Сигурно не, защото не съм ви казал много. Ако обаче ви кажа, че мога да го направи за 10 секунди докато вашия се нуждае от 15, за да извърши същата работа то,със сигурност ще ви впечатля.
В крайна сметка, всички сме заинтересовани от възможността да изминем определено разстояние за определено време. Разстоянието би могло да е излизането от един завой на пистата до влизането в друг или 402 м или пък от светофар до светофар.
Ако разглеждаме големината на ускорението и км/ч, ние имаме всичките три величини, включени във формулата за мощността. Време, разстояние и сила. Силата е големината/степента на ускорението или силата на инерцията. Времето е в часове, а разстоянието е в километри. Сега, вместо да разглеждаме произволно степента на ускорение, нека включим и км/ч. Нека разгледаме степента на ускорение за два много различни двигателя, за да илюстрирам важността на мощността и абсолютната липса на връзка с въртящия момент.
Да изберем един двигател от Ф1, развъртащ се свободно до 18000 оборота и постигащ почти 800 конски сили, но с един "рехав" ВМ от само 381 Нм. Да сложим от другата страна един типичен американски Къминс турбодизел от Додж Рам, който постига победоносните 753 Нм ВМ, но само 305 конски сили. Кой от двата ще ускорява по-бързо?
Всеки който попитате ще отговори, че Ф1 двигателя ще ускорява по-бързо. Дори и съседа ви с големия V8, за когото въртящия момент е ключа за да се движи по-бързо. Ако ВМ беше определящия фактор, Къминса несъмнено би победил. Какво обаче е наистина?
...........
image1.gif
...........
Нека да изчислим ускорението на двата двигателя, монтирани в един хипотетичен 1200 килограмов автомобил, използвайки споменатите вече по-горе предавателни числа на ск. кутия и 602 милиметровите колела. Тъй като знаем, че автомобил от Ф1 стига спокойно до 320 км/ч, ние ще задвижваме колата до тази скорост и с двата двигателя.
Започваме с Ф1 двигателя, с максималните 18000 оборота. Ние трябва да изчислим необходимото предавателно число на диференциала, за да постигнем 320км/ч при максималните 18000 оборота на 5-та скорост. Първо, нека превърнем км/ч в км/мин чрез разделяне на 60:
320/60 = 5.33 км/мин
Диаметъра на гумата е в метри (.602м). Превръщаме км в метри: 5.33км = 5330метра, тоест имаме 5330м/мин. Обиколката на гумата е 3.14 х .602 = 1.89м. Сега разделяме метри/минути на метри за обороти и получаваме: 5330 / 1.89 = 2820 оборота на гумата за да постигнем 320 км/ч. Двигателя се развърта в 18000 оборота и на 5-та предавка, където избрахме 0.8:1 предавателно число, изходния вал (или кардана) на кутията ще се върти с 18000 / 0.8 = 22500 оборота. Ние пък изчислихме, че гумите трябва да се въртят с 2820 оборота. Тогава, за да намерим предавателното число на диференциала разделяме оборотите на изх. вал на кутията на тези на колелата и получаваме:
22500 / 2820 = 7.98 : 1 предавателно число на диференциала.
Ако преминем през същите отегчителни сметки за Американската дизелова гордост, която между другото се върти само до 3000 оборота, то този път за числото на предавката между пиниона и короната ще получим 1.33 :1, за да се достигнат 320 км/ч на 5-та предавка.
Ако забелязахте, Ф1 двигателя се върти 6 пъти по-бързо от Къминса и съответно необходимото число на диференциала е 6 пъти по-голямо. Ако и двата двигателя са в началото на оборотния си диапазон, съответно 1000 за Къминса и 6000 за Ф1, то на 1-ва предавка ще се движат с около 24 км/ч. Следващата графика илюстрира големината на ускорението на нашия въображаем автомобил, от тази точка до 320 км/ч с двата различни двигателя.
.. .................
image2.gif
...................
Забележете, че във всяка точка от графиката, процентната разлика в големината на ускоренията е точно разликата в мощностите на двата двигателя. Например при 320км/ч Ф1 двигателя ускорява приблизително с 0.39 G, докато дизела с 0.16 G. Ако разделим двете ускорения, получаваме 2.44. Къминса постига 305 конски сили при 3000 оборота а Ф1 постига 2.44 пъти повече мощност при 18000 оборота или иначе казано 744.2 конски сили. Това отношение може да се засече по всяка точка от графиката и то ще е вярно за мощностите, така и за ускоренията. Това са прости физични закони и не подлежат на коментар.
Ако например нашата максимална скорост не беше 320 а 160 км/ч, то би ви се сторило, че просто ще е нужно да удвоим числата на диференциалите. Ще се окажете прави. Тогава отново ще имаме същите отношения межди мощностите и величините на ускоренията.
Най-накрая завърших. Надявам се ви накарах да погледнете с друго око на мощността, като фактор за ускорението или поне ви вкарах в дълбоки разсъждения.
Ползвани източници:http://www.heed-auto.com
|
| |
| |
